JP5974775B2

JP5974775B2 - 反射型液晶位相変調装置、反射型液晶位相変調システム

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Publication number: JP5974775B2
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Inventors: 佐々木　剛; 剛佐々木
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Description

本発明は、液晶を用いて光の位相を変調する反射型液晶位相変調装置、反射型液晶位相変調システムに関する。

従来、この種の液晶位相変調装置としては、例えば以下に示す特許文献１に記載されたものが知られている。この特許文献１に記載された装置では、出射光を入射光側に戻す反射型の液晶素子の屈折率を変化させることで、入射光に対して出射光の位相を変調する。

特開２００８−１２２８５６号公報

上記従来の液晶位相変調装置では、液晶素子に印加する電圧値を変化させて、入射する光の波長に対して少なくとも２πの位相変調を発生させる。このため、液晶層を一定の厚さ以上にする必要がある。すなわち、液晶層の厚さを厚くすれば、位相変調量を大きく設定することができ、０〜２πの十分な位相変調量を確保することができる。

一方、液晶層に印加する電圧の変化に対して、液晶が一定の位相変調量に達するまでの時間は、一般的に液晶層の厚さの２乗に比例する。このため、０〜２πの十分な位相変調量を確保するために液晶層の厚さを厚くすると、位相変調の応答速度が遅くなるといった不具合を招いていた。

本発明の目的は、０〜２πの位相差を確保して、位相変調の応答速度を高めた反射型液晶位相変調装置、反射型液晶位相変調システムを提供することである。

本発明は、透明電極と反射電極とで挟持して封入された液晶を備え、前記液晶は、液晶の長軸方向の配光軸が第１偏光方向の光の偏光軸と平行な第１液晶領域（１２−１）と、液晶の長軸方向の配光軸が第２偏光方向の光の偏光軸と平行な第２液晶領域（１２−２）とを備え、前記透明電極から入射した第１偏光方向の光が前記第１液晶領域を透過し、透過した第１偏光方向の光を前記反射電極で反射して再び前記第１液晶領域を透過して前記透明電極から出射し、前記透明電極から入射した第２偏光方向の光が前記第２液晶領域を透過し、透過した第２偏光方向の光を前記反射電極で反射して再び前記第２液晶領域を透過して前記透明電極から出射し、前記第１液晶領域ならびに前記第２液晶領域で光を往復させる反射型液晶位相変調部（１２）と、入射光を透過または反射して前記反射型液晶位相変調部の第１液晶領域に出射し、前記反射型液晶位相変調部の第１液晶領域を透過した光が前記反射電極で反射して再度前記第１液晶領域を透過し、前記第１液晶領域を透過して前記反射型液晶位相変調部を出射した光を入射し、入射した光を透過または反射して出射する第１偏光ビームスプリッタ（１３−１）と、入射光を透過または反射して前記反射型液晶位相変調部の第２液晶領域に出射し、前記反射型液晶位相変調部の第２液晶領域を透過した光が前記反射電極で反射して再度前記第２液晶領域を透過し、前記第２液晶領域を透過して前記反射型液晶位相変調部を出射した光を入射し、入射した光を透過または反射して出射する第２偏光ビームスプリッタ（１３−２）と、前記反射型液晶位相変調部と前記第１偏光ビームスプリッタの間、ならびに前記反射型液晶位相変調部と前記第２偏光ビームスプリッタとの間に設けられ、前記第１偏光ビームスプリッタまたは前記第２偏光ビームスプリッタと前記反射型液晶位相変調部との間で往復する光を透過して、光の偏光方向を変える１／４波長板（１４）と、前記透明電極と前記反射電極との間に電圧を供給して、前記液晶間に所定の電圧を印加する電圧供給部（１６）とを有し、前記第１偏光ビームスプリッタから出射した光を前記第２偏光ビームスプリッタに入射し、前記第１液晶領域に入射する第１偏光方向の光と、前記第２液晶領域を出射する第１偏光方向の光との間には、前記電圧供給部が前記液晶に印加する電圧に応じて位相差が生じることを特徴とする反射型液晶位相変調装置を提供する。

本発明は、上記反射型液晶位相変調装置において、前記第１偏光ビームスプリッタから出射された光を反射して前記第２偏光ビームスプリッタに出射する反射鏡を有することが好ましい。

本発明は、上記反射型液晶位相変調装置において、前記反射型液晶位相変調装置は、入射光と出射光の偏光方向が同一であることが好ましい。

本発明は、上記反射型液晶位相変調装置を複数備え、前記複数の反射型液晶位相変調装置は、共通の半導体基板に形成され、複数の反射型液晶位相変調装置のいずれか一の反射型液晶位相変調装置の第２偏光ビームスプリッタからの出射光は、前記複数の反射型液晶位相変調装置のいずれか他の反射型液晶位相変調装置の第１偏光ビームスプリッタへの入射光として与えられることを特徴とする反射型液晶位相変調システムを提供する。

本発明の反射型液晶位相変調装置または反射型液晶位相変調システムによれば、入射光に対して出射光に位相を与える位相変調の応答時間を向上することができる。

本発明の第１実施形態に係る反射型液晶位相変調装置の構成を示す図である。本発明の第１実施形態に係る反射型液晶位相変調装置の光路を説明するための図である。本発明の第２実施形態に係る反射型液晶位相変調システムの構成ならびに光路を説明するための図である。本発明の第３実施形態に係る反射型液晶位相変調装置の構成を示す図である。本発明の第３実施形態に係る反射型液晶位相変調装置の光路を説明するための図である。本発明の第４実施形態に係る反射型液晶位相変調システムの構成ならびに光路を説明するための図である。

以下、図面を用いて本発明を実施するための実施形態を説明する。

（第１実施形態）
図１を参照して、本発明の第１実施形態に係る反射型液晶位相変調装置の構成を説明する。図１において、反射型液晶位相変調装置１１は、反射型液晶位相変調部１２、第１偏光ビームスプリッタ１３−１、第２偏光ビームスプリッタ１３−２を備える。また、反射型液晶位相変調装置１１は、１／４波長板１４、反射鏡１５、電圧供給部１６を備える。

反射型液晶位相変調部１２は、１枚の半導体基板に形成された反射型液晶素子で構成され、透明電極（図示せず）と反射電極（図示せず）とで挟持して封入された液晶（図示せず）を備える。反射型液晶位相変調部１２を構成する液晶は、液晶の長軸方向の配光軸が第１偏光方向の光の偏光軸と平行な第１液晶領域１２−１と、液晶の長軸方向の配光軸が第２偏光方向の光の偏光軸と平行な第２液晶領域１２−２とを備える。

ここで、特定の方向に偏光した光であって、光の入射方向に対してY軸方向の直線偏光の光をＳ偏光の光とし、入射方向に対してY軸方向と直交するX軸方向の直線偏光の光をＰ偏光の光とする。すなわち、光の入射面に垂直な方向をZ軸方向とするとY軸方向の光をＳ偏光の光とし、X軸方向の光をＰ偏光の光とする。この第１実施形態ならびに第２実施形態では、第１偏光方向の光をＳ偏光の光とし、第２偏光方向の光をＰ偏光の光とする。

反射型液晶位相変調部１２は、透明電極から入射した第１偏光方向の光を第１液晶領域１２−１を透過し、透過した第１偏光方向の光を反射電極で反射して再び第１液晶領域１２−１を透過して透明電極から出射する。反射型液晶位相変調部１２は、透明電極から入射した第２偏光方向の光を第２液晶領域１２−２を透過し、透過した第２偏光方向の光を反射電極で反射して再び第２液晶領域１２−２を透過して透明電極から出射する。

なお、本発明のすべての実施形態において、液晶に対して入出射する光は、光が液晶に入出射する入出射面に対して概ね垂直に入出射する。

このように、第１液晶領域１２−１ならびに第２液晶領域１２−２の２つの異なる液晶領域で光を往復させ、第１液晶領域１２−１に入射する光に対して第２液晶領域１２−２を出射する光に位相差を与える。

ここで用いる反射型液晶素子は、ネマチック液晶を用いるものが好ましい。ネマチック液晶は、水平配向（ホモジニアス配向）と垂直配向（ホメオトロピック配向）とがある。水平配向は、電圧が印加されていない状態で液晶分子の長軸方向が透明電極面と略平行となる。垂直配向は、電圧が印加されていない状態で液晶分子の長軸方向が透明電極面と略垂直となる。水平配向には、正の誘電異方性（Δε＞０）を有する液晶材料を用い、垂直配向には、負の誘電異方性（Δε＜０）を用いる。

なお、本発明の各実施形態における反射型液晶素子の液晶層は、水平配向または垂直配向のどちらでもよい。垂直配向の場合には、液晶に電圧を印加して一定の電圧値以上であると液晶の長軸方向が透明電極面に沿った一方向に配向する。したがって、水平配向および垂直配向は、電圧が印加されていない状態では、いずれも液晶層に印加する電圧値によって液晶分子の長軸方向の向きが変化する。しかし、水平配向と垂直配向とは、電圧値の大きさと液晶分子の長軸方向の向きとの関係が逆になるだけであって、いずれも入射する光の位相を変調させる機能を有する。

以下の実施形態の説明においては、液晶層が垂直配向の場合について説明する。また、一対となる垂直方向の配向膜の配向方向は、互いに反平行方向となるように構成される。

反射型液晶素子は、複数の画素により構成され、各々の画素に対して独立して個別に任意の電圧値を与えることができる。ただし、各画素に印加できる電圧の最大値は、反射型液晶素子の設計耐圧と、電圧供給側の構成によって決まり、一般的には例えば４Ｖ程度である。この電圧値を上限として、液晶に印加する電圧に応じて各画素で入射光に対して出射光に任意の位相差を与えることができる。

ここで、反射型液晶素子で構成される、反射型液晶位相変調部１２によって与えられる位相差を説明する。

１枚の半導体基板に形成された反射型液晶素子の液晶に電圧を印加した場合と、印加していない場合との出射光の位相差△φ１は、次式（１）で表される。すなわち、入射光が所定の電圧が印加された液晶内を透過し、透過した光が反射電極で反射し、再度液晶を透過して出射し、液晶内を光が１往復することで、入射光に対して出射光に△φ１の位相差が与えられる。

Δφ１＝２×Δｎ×ｄ×２π／λ …（１）
上式（１）において、液晶の厚さをｄ、入射光の波長をλ、液晶に所定の電圧を印加したときの屈折率異方性を△ｎとする。屈折率異方性△ｎは、（ｎｅ−ｎｏ）となり、液晶の長軸方向の屈折率をｎｅ、液晶の短軸方向の屈折率をｎｏとする。

この第１実施形態の装置では、１枚の半導体基板に形成された反射型液晶素子の液晶を、第１液晶領域１２−１と第２液晶領域１２−２との２つの液晶領域に分割している。この構成により、光が第１液晶領域１２−１内を１往復し、第１液晶領域１２−１内を１往復した光が、第２液晶領域内を１往復したときの位相差△φ２は、次式（２）で表される。

Δφ２＝４×Δｎ×ｄ×２π／λ …（２）
上式（２）は、上式（１）に比べて２倍の位相差が与えられることを示している。

このように、１枚の半導体基板に形成された２つの液晶領域のそれぞれで光を往復させることで、光が１つの液晶領域を１回往復した場合に比べて、液晶の厚みｄが同じ場合には２倍の位相差が得られることになる。言い換えれば、同じ位相差を得るためには、液晶の厚みｄは１／２の厚みでよいことが分かる。

この第１実施形態では、反射型液晶素子を２つの液晶領域に分割した構成を採用している。したがって、液晶に印加できる最大電圧で入射光に対して出射光に０〜２πの範囲の位相変調制御が可能であればよい。すなわち、１つの液晶領域において、液晶に印加できる最大電圧で入射光に対して出射光に０〜πの範囲の位相変調制御ができるように液晶の厚みｄが設定される。

第１偏光ビームスプリッタ１３−１は、反射型液晶位相変調部１２の第１液晶領域１２−１に対向して配置される。第１偏光ビームスプリッタ１３−１は、直方形状の対角線に沿って偏光分離面１３−１ａが形成されている。

第１偏光ビームスプリッタ１３−１は、偏光分離面１３−１ａで入射光を透過または反射する。すなわち、第１偏光ビームスプリッタ１３−１は、入射光の内、Ｓ偏光の入射光を９０度反射し、Ｐ偏光の入射光を透過する。第１偏光ビームスプリッタ１３−１は、入射光を９０度反射して反射型液晶位相変調部１２の第１液晶領域１２−１に出射する。第１偏光ビームスプリッタ１３−１は、第１液晶領域１２−１を透過して反射型液晶位相変調部１２を出射した光を入射し、入射した光を透過して出射する。

第２偏光ビームスプリッタ１３−２は、反射型液晶位相変調部１２の第２液晶領域１２−２に対向して配置される。第２偏光ビームスプリッタ１３−２は、直方形状の対角線に沿って偏光分離面１３−２ａが形成されている。

第２偏光ビームスプリッタ１３−２は、偏光分離面１３−２ａで入射光を透過または反射する。すなわち、第２偏光ビームスプリッタ１３−２は、入射光の内、Ｓ偏光の入射光を９０度反射し、Ｐ偏光の入射光を透過する。第２偏光ビームスプリッタ１３−２は、入射光を透過して反射型液晶位相変調部１２の第２液晶領域１２−２に出射する。第２偏光ビームスプリッタ１３−２は、第２液晶領域１２−２を透過して反射型液晶位相変調部１２を出射した光を入射し、入射した光を９０度反射して出射する。

１／４波長板１４は、反射型液晶位相変調部１２と第１偏光ビームスプリッタ１３−１との間、ならびに反射型液晶位相変調部１２と第２偏光ビームスプリッタ１３−２との間に配置される。１／４波長板１４は、入射光に対して４５度の角度で光学軸が傾斜している。これにより、１／４波長板１４は、第１偏光ビームスプリッタ１３−１または第２偏光ビームスプリッタ１３−２と反射型液晶位相変調部１２との間で往復する光を透過して、光の偏光方向を変える。

すなわち、１／４波長板１４は、第１偏光ビームスプリッタ１３−１から出射したＳ偏光の光を透過し、透過したＳ偏光の光が第１液晶領域１２−１を往復して透過することで、Ｓ偏光の光をＰ偏光の光に変える。また、１／４波長板１４は、第２偏光ビームスプリッタ１３−２から出射したＰ偏光の光を透過し、透過したＰ偏光の光が第２液晶領域１２−２を往復して透過することで、Ｐ偏光の光をＳ偏光の光に変える。

反射鏡１５は、三角ミラーで構成される。反射鏡１５は、第１偏光ビームスプリッタ１３−１ならびに第２偏光ビームスプリッタ１３−２に対して、１／４波長板１４が配置された側と反対側に配置される。反射鏡１５は、第１偏光ビームスプリッタ１３−１に対して４５度の角度で傾斜した第１反射面１５−１と、第２偏光ビームスプリッタ１３−２に対して４５度の角度で傾斜した第２反射面１５−２とを備える。

反射鏡１５は、第１偏光ビームスプリッタ１３−１から出射された光を第１反射面１５−１で９０度反射し、第２反射面１５−２に出射する。反射鏡１５は、第２反射面１５−２に入射した光を９０度反射し、第２偏光ビームスプリッタ１３−２に出射する。

電圧供給部１６は、反射型液晶位相変調部１２の液晶に印加する所定の電圧を供給する。電圧供給部１６は、反射型液晶位相変調部１２の第１液晶領域１２−１ならびに第２液晶領域１２−２に対して、それぞれ独立して個別に任意の電圧を供給する。液晶に供給する電圧は、液晶の耐圧によって決まる最大印加電圧を上限として、各液晶領域で得ようとする位相差に応じて設定される。液晶に供給する電圧は、液晶の焼き付きを抑制するために、交流電圧が好ましい。

次に、図２を参照して、反射型液晶位相変調装置１１における光の光路、ならびに入射光に与えられる位相差について説明する。

反射型液晶位相変調装置１１の入射光となる、Ｙ軸方向の直線偏光であるＳ偏光の光２１ａは、第１偏光ビームスプリッタ１３−１に入射する。第１偏光ビームスプリッタ１３−１に入射した光２１ａは、偏光分離面１３−１ａで９０度反射し、１／４波長板１４に入射する。１／４波長板１４に入射した光２１ｂは、１／４波長板１４を透過して円偏光の光となり、反射型液晶位相変調部１２の第１液晶領域１２−１に入射する。

Ｓ偏光と平行な配向軸の液晶で構成される第１液晶領域１２−１に入射した光２１ｂは、第１液晶領域１２−１を透過して反射電極で反射する。反射電極で反射した光２１ｃは、再び第１液晶領域１２−１を透過して、反射型液晶位相変調部１２から出射する。このとき、第１液晶領域１２−１は、電圧供給部１６から所定の電圧が印加され、印加された電圧値に応じて液晶分子が傾斜している。

これにより、光が第１液晶領域１２−１の液晶内を往復することで、第１液晶領域１２−１に入射する光２１ｂに対して第１液晶領域１２−１から出射する光２１ｃに位相差を与えることができる。すなわち、光２１ｂに対して光２１ｃには、第１液晶領域１２−１の液晶に印加される電圧に応じて、０〜πの範囲の位相差を与えることが可能となる。

第１液晶領域１２−１から出射した光２１ｃは、１／４波長板１４を透過する。これにより、光２１ｃはＸ軸方向の直線偏光であるＰ偏光の光に変わる。Ｐ偏光に変わった光２１ｃは、第１偏光ビームスプリッタ１３−１に入射する。光２１ｃはＰ偏光の光なので、第１偏光ビームスプリッタ１３−１の偏光分離面１３−１ａを透過する。透過した光２１ｃは、反射鏡１５の第１反射面１５−１に入射する。

第１反射面１５−１に入射した光２１ｃは、第１反射面１５−１で９０度反射する。反射した光２１ｄは、反射鏡１５の第２反射面１５−２に入射し、第２反射面１５−２で９０度反射する。反射した光２１ｅは、第２偏光ビームスプリッタ１３−２に入射する。

第２偏光ビームスプリッタ１３−２に入射したＰ偏光の光２１ｅは、偏光分離面１３−２ａを透過し、１／４波長板１４に入射する。１／４波長板１４に入射した光２１ｅは、１／４波長板１４を透過して円偏光の光となり、反射型液晶位相変調部１２の第２液晶領域１２−２に入射する。

Ｐ偏光と平行な配向軸の液晶で構成される第２液晶領域１２−２に入射した光２１ｅは、第２液晶領域１２−２を透過して反射電極で反射する。反射電極で反射した光２１ｆは、再び第２液晶領域１２−２を透過して、反射型液晶位相変調部１２から出射する。このとき、第２液晶領域１２−２は、電圧供給部１６から所定の電圧が印加され、印加された電圧値に応じて液晶分子が傾斜している。

これにより、光が第２液晶領域１２−２の液晶内を往復することで、第２液晶領域１２−２に入射する光２１ｅに対して第２液晶領域１２−２から出射する光２１ｆに位相差を与えることができる。すなわち、光２１ｅに対して光２１ｆには、第２液晶領域１２−２の液晶に印加される電圧に応じて、０〜πの範囲の位相差を与えることが可能となる。

第２液晶領域１２−２から出射した光２１ｆは、１／４波長板１４を透過する。これにより、光２１ｆはＹ軸方向の直線偏光であるＳ偏光の光に変わる。Ｓ偏光に変わった光２１ｆは、第２偏光ビームスプリッタ１３−２に入射する。光２１ｆはＳ偏光の光なので、第２偏光ビームスプリッタ１３−２の偏光分離面１３−２ａで９０度反射する。反射した光２１ｇは、第２偏光ビームスプリッタ１３−２から出射し、反射型液晶位相変調装置１１の出射光となる。

このような光路において、反射型液晶位相変調装置１１に入射する光２１ａに対して出射される光２１ｇが持つ位相差は、第１液晶領域１２−１で与えられた位相差と、第２液晶領域１２−２で与えられた位相差の和となる。これにより、反射型液晶位相変調装置１１は、各液晶領域の印加電圧に応じて、入射光に対して出射光に０〜２πまでの範囲で任意の位相差を与えることができる。

次に、反射型液晶位相変調装置１１における位相変調の応答速度について説明する。

上記構成において、以下に示す測定要件で位相変調の応答速度を測定した。入射光を例えばＳ偏光で波長１５５０ｎｍ程度の光とした。反射型液晶位相変調装置１１の出射光側に入射光の偏光方向と直交するＸ軸方向に対し４５度の角度の光のみを透過する偏光子を配置した。電圧供給部１６から交流電圧を各液晶領域に印加した場合と、印加しない場合とにおける光透過光量の時間的変化を光検出器とオシロスコープを用いて測定した。

ここで、位相変調の応答速度とは、光透過光量が最大値の１０％程度から９０％程度まで遷移する時間と、逆に９０％程度から１０％程度まで遷移する時間との合計とした。また、０〜２πの位相差を確保するために、各液晶領域における液晶の厚みｄは５μｍ程度とした。各液晶領域における液晶の屈折率異方性△ｎは、０．１２（測定波長１５５０ｎｍ）程度であった。このような測定要件で、位相変調の応答速度を測定した結果、４５ｍｓｅｃ程度の応答速度が得られた。

これに対して、反射型液晶位相変調が１枚の半導体基板に形成されて、光が液晶を１往復するような従来の構成において、上記と同様の位相差を得る際の応答時間を測定した。測定要件としては、上記測定時と同じ液晶を使用し、液晶の厚みｄを１０μｍ程度とした。このような測定要件で、位相変調の応答速度を測定した結果、応答速度は１８０ｍｓｅｃ程度であった。

上記測定結果から分かるように、この実施形態１における反射型液晶位相変調装置１１では、０〜２πの十分な位相差を確保して、位相変調の応答時間を向上することができる。

以上説明したように、この実施形態１によれば、１枚の半導体基板に液晶の配光軸が異なる２つの第１液晶領域１２−１、第２液晶領域１２−２を設け、それぞれの液晶領域で光を往復させる構成を採用している。これにより、液晶の厚みｄを厚くすることなく、０〜２πの十分な位相差を確保して、位相変調の応答時間を高速化することができる。

特に、この第１実施形態における反射型液晶位相変調装置１１は、位相変調しようとする光の波長が長く、例えば１５５０ｎｍ程度の波長帯域の光に対して、大きな位相差が要求される光通信で使用する位相変調装置に好適に用いることができる。

反射型液晶位相変調装置１１に入射する光は、光が液晶に入射する入射面に対して概ね垂直となる。これにより、液晶分子の複屈折依存性の影響が抑制され、出射光のコントラスト比が高く、精密な位相パターンを得ることが可能となる。

これに対して、光が液晶の入射面に対して角度を持つ場合には、液晶分子の複屈折依存性の影響を受けやすくなり、出射光のコントラスト比が低下し、精密な位相パターンが得られなくなる。

１枚の半導体基板で装置を構成しているので、構成を小型化することが可能である。また、偏光ビームスプリッタや１／４波長板、反射鏡を用いているので、装置を簡易に構成することが可能となる。

（第２実施形態）
図３を参照して、本発明の第２実施形態に係る反射型液晶位相変調システムの構成を説明する。図３において、この第２実施形態の反射型液晶位相変調システム３１は、１枚の半導体基板に、第１実施形態の第１液晶領域１２−１、第２液晶領域１２−２と同様な液晶領域を４つ形成して構成される。すなわち、反射型液晶位相変調システム３１は、１枚の半導体基板に、第１実施形態の反射型液晶位相変調装置１１を２つ形成し、一方の装置の出射光を他方の装置の入射光として構成される。なお、図３において、図１と同様の構成には同符号を付して、その説明は省略する。

反射型液晶位相変調システム３１は、第１実施形態の反射型液晶位相変調装置１１と同様の構成の第１反射型液晶位相変調装置３１−１ならびに第２反射型液晶位相変調装置３１−２を備える。第１反射型液晶位相変調装置３１−１ならびに第２反射型液晶位相変調装置３１−２は、反射型液晶位相変調部１２ならびに１／４波長板１４を共通化して構成される。第１反射型液晶位相変調装置３１−１から出射された光２１ｇは、第２反射型液晶位相変調装置３１−２の入射光として与えられる。

この第２実施形態では、１枚の半導体基板に形成された反射型液晶素子の液晶は、４つの液晶領域に分割されている。この構成により、光がそれぞれ４つの液晶領域を往復したときの位相差△φ３は、次式（３）で表される。

Δφ３＝８×Δｎ×ｄ×２π／λ …（３）
上式（３）は、第１実施形態で示した式（１）に比べて４倍の位相差が与えられることを示している。

このように、１枚の半導体基板に形成された４つの液晶領域のそれぞれで光を往復させることで、光が１つの液晶領域を１回往復した場合に比べて、液晶の厚みｄが同じ場合には４倍の位相差が得られることになる。言い換えれば、同じ位相差を得るためには、液晶の厚みｄは１／４の厚みとすることが可能となる。

次に、図３を参照して、反射型液晶位相変調システム３１における光の光路、ならびに入射光に与えられる位相差について説明する。

反射型液晶位相変調システム３１の入射光となる、Ｙ軸方向の直線偏光であるＳ偏光の光２１ａは、第１反射型液晶位相変調装置３１−１の第１偏光ビームスプリッタ１３−１に入射する。第１反射型液晶位相変調装置３１−１の第１偏光ビームスプリッタ１３−１に入射した光２１ａは、偏光分離面１３−１ａで９０度反射し、１／４波長板１４に入射する。１／４波長板１４に入射した光２１ｂは、１／４波長板１４を透過して円偏光の光となり、第１反射型液晶位相変調装置３１−１の反射型液晶位相変調部１２の第１液晶領域１２−１に入射する。

Ｓ偏光と平行な配向軸の液晶で構成される第１液晶領域１２−１に入射した光２１ｂは、第１反射型液晶位相変調装置３１−１の第１液晶領域１２−１を透過して反射電極で反射する。反射電極で反射した光２１ｃは、再び第１液晶領域１２−１を透過して、第１反射型液晶位相変調装置３１−１の反射型液晶位相変調部１２から出射する。このとき、第１液晶領域１２−１は、電圧供給部１６から所定の電圧が印加され、印加された電圧値に応じて液晶分子が傾斜している。

これにより、光が第１反射型液晶位相変調装置３１−１の第１液晶領域１２−１の液晶内を往復することで、第１液晶領域１２−１に入射する光２１ｂに対して第１液晶領域１２−１から出射する光２１ｃに位相差を与えることができる。すなわち、光２１ｂに対して光２１ｃには、第１液晶領域１２−１の液晶に印加される電圧に応じて、０〜π／２の範囲の位相差を与えることが可能となる。

第１反射型液晶位相変調装置３１−１の第１液晶領域１２−１から出射した光２１ｃは、１／４波長板１４を透過する。これにより、光２１ｃはＸ軸方向の直線偏光であるＰ偏光の光に変わる。Ｐ偏光に変わった光２１ｃは、第１反射型液晶位相変調装置３１−１の第１偏光ビームスプリッタ１３−１に入射する。光２１ｃはＰ偏光の光なので、第１偏光ビームスプリッタ１３−１の偏光分離面１３−１ａを透過する。透過した光２１ｃは、第１反射型液晶位相変調装置３１−１の反射鏡１５の第１反射面１５−１に入射する。

第１反射面１５−１に入射した光２１ｃは、第１反射面１５−１で９０度反射する。反射した光２１ｄは、反射鏡１５の第２反射面１５−２に入射し、第２反射面１５−２で９０度反射する。反射した光２１ｅは、第１反射型液晶位相変調装置３１−１の第２偏光ビームスプリッタ１３−２に入射する。

第１反射型液晶位相変調装置３１−１の第２偏光ビームスプリッタ１３−２に入射したＰ偏光の光２１ｅは、偏光分離面１３−２ａを透過し、１／４波長板１４に入射する。１／４波長板１４に入射した光２１ｅは、１／４波長板１４を透過して円偏光の光となり、第１反射型液晶位相変調装置３１−１の反射型液晶位相変調部１２の第２液晶領域１２−２に入射する。

Ｐ偏光と平行な配向軸の液晶で構成される第２液晶領域１２−２に入射した光２１ｅは、第２液晶領域１２−２を透過して反射電極で反射する。反射電極で反射した光２１ｆは、再び第２液晶領域１２−２を透過して、第１反射型液晶位相変調装置３１−１の反射型液晶位相変調部１２から出射する。このとき、第２液晶領域１２−２は、電圧供給部１６から所定の電圧が印加され、印加された電圧値に応じて液晶分子が傾斜している。

これにより、光が第１反射型液晶位相変調装置３１−１の第２液晶領域１２−２の液晶内を往復することで、第２液晶領域１２−２に入射する光２１ｅに対して第２液晶領域１２−２から出射する光２１ｆに位相差を与えることができる。すなわち、光２１ｅに対して光２１ｆには、第２液晶領域１２−２の液晶に印加される電圧に応じて、０〜π／２の範囲の位相差を与えることが可能となる。

第１反射型液晶位相変調装置３１−１の第２液晶領域１２−２から出射した光２１ｆは、１／４波長板１４を透過する。これにより、光２１ｆはＹ軸方向の直線偏光であるＳ偏光の光に変わる。Ｓ偏光に変わった光２１ｆは、第１反射型液晶位相変調装置３１−１の第２偏光ビームスプリッタ１３−２に入射する。光２１ｆはＳ偏光の光なので、第２偏光ビームスプリッタ１３−２の偏光分離面１３−２ａで９０度反射する。反射した光２１ｇは、第２偏光ビームスプリッタ１３−２から出射し、第２反射型液晶位相変調装置３１−２の入射光となる。

第２反射型液晶位相変調装置３１−２の入射光となる、Ｓ偏光の光２１ｇは、第２反射型液晶位相変調装置３１−２の第１偏光ビームスプリッタ１３−１に入射する。第２反射型液晶位相変調装置３１−２の第１偏光ビームスプリッタ１３−１に入射した光２１ｇは、偏光分離面１３−１ａで９０度反射し、１／４波長板１４に入射する。１／４波長板１４に入射した光２１ｈは、１／４波長板１４を透過して円偏光の光となり、第２反射型液晶位相変調装置３１−２の反射型液晶位相変調部１２の第１液晶領域１２−１に入射する。

Ｓ偏光と平行な配向軸の液晶で構成される第１液晶領域１２−１に入射した光２１ｈは、第２反射型液晶位相変調装置３１−２の第１液晶領域１２−１を透過して反射電極で反射する。反射電極で反射した光２１ｉは、再び第１液晶領域１２−１を透過して、第２反射型液晶位相変調装置３１−２の反射型液晶位相変調部１２から出射する。このとき、第１液晶領域１２−１は、電圧供給部１６から所定の電圧が印加され、印加された電圧値に応じて液晶分子が傾斜している。

これにより、光が第２反射型液晶位相変調装置３１−２の第１液晶領域１２−１の液晶内を往復することで、第１液晶領域１２−１に入射する光２１ｈに対して第１液晶領域１２−１から出射する光２１ｉに位相差を与えることができる。すなわち、光２１ｈに対して光２１ｉには、第１液晶領域１２−１の液晶に印加される電圧に応じて、０〜π／２の範囲の位相差を与えることが可能となる。

第２反射型液晶位相変調装置３１−２の第１液晶領域１２−１から出射した光２１ｉは、１／４波長板１４を透過する。これにより、光２１ｉはＸ軸方向の直線偏光であるＰ偏光の光に変わる。Ｐ偏光に変わった光２１ｉは、第２反射型液晶位相変調装置３１−２の第１偏光ビームスプリッタ１３−１に入射する。光２１ｉはＰ偏光の光なので、第１偏光ビームスプリッタ１３−１の偏光分離面１３−１ａを透過する。透過した光２１ｉは、第２反射型液晶位相変調装置３１−２の反射鏡１５の第１反射面１５−１に入射する。

第１反射面１５−１に入射した光２１ｉは、第１反射面１５−１で９０度反射する。反射した光２１ｊは、反射鏡１５の第２反射面１５−２に入射し、第２反射面１５−２で９０度反射する。反射した光２１ｋは、第２反射型液晶位相変調装置３１−２の第２偏光ビームスプリッタ１３−２に入射する。

第２反射型液晶位相変調装置３１−２の第２偏光ビームスプリッタ１３−２に入射したＰ偏光の光２１ｋは、偏光分離面１３−２ａを透過し、１／４波長板１４に入射する。１／４波長板１４に入射した光２１ｋは、１／４波長板１４を透過して円偏光の光となり、第２反射型液晶位相変調装置３１−２の反射型液晶位相変調部１２の第２液晶領域１２−２に入射する。

Ｐ偏光と平行な配向軸の液晶で構成される第２液晶領域１２−２に入射した光２１ｋは、第２液晶領域１２−２を透過して反射電極で反射する。反射電極で反射した光２１ｌは、再び第２液晶領域１２−２を透過して、第２反射型液晶位相変調装置３１−２の反射型液晶位相変調部１２から出射する。このとき、第２液晶領域１２−２は、電圧供給部１６から所定の電圧が印加され、印加された電圧値に応じて液晶分子が傾斜している。

これにより、光が第２反射型液晶位相変調装置３１−２の第２液晶領域１２−２の液晶内を往復することで、第２液晶領域１２−２に入射する光２１ｋに対して第２液晶領域１２−２から出射する光２１ｌに位相差を与えることができる。すなわち、光２１ｋに対して光２１ｌには、第２液晶領域１２−２の液晶に印加される電圧に応じて、０〜π／２の範囲の位相差を与えることが可能となる。

第２反射型液晶位相変調装置３１−２の第２液晶領域１２−２から出射した光２１ｌは、１／４波長板１４を透過する。これにより、光２１ｌはＹ軸方向の直線偏光であるＳ偏光の光に変わる。Ｓ偏光に変わった光２１ｌは、第２反射型液晶位相変調装置３１−２の第２偏光ビームスプリッタ１３−２に入射する。光２１ｌはＳ偏光の光なので、第２偏光ビームスプリッタ１３−２の偏光分離面１３−２ａで９０度反射する。反射した光２１ｍは、第２偏光ビームスプリッタ１３−２から出射し、第２反射型液晶位相変調装置３１−２から出射され、反射型液晶位相変調システム３１の出射光となる。

このような光路において、反射型液晶位相変調システム３１に入射する光２１ａに対して出射される光２１ｍが持つ位相差は、それぞれの装置で得られる位相差の和となる。すなわち、光２１ｍに与えられる位相差は、第１反射型液晶位相変調装置３１−１の第１液晶領域１２−１ならびに第２液晶領域１２−２で与えられた位相差と、第２反射型液晶位相変調装置３１−２の第１液晶領域１２−１ならびに第２液晶領域１２−２で与えられた位相差との和となる。

これにより、反射型液晶位相変調システム３１は、各液晶領域の印加電圧に応じて、入射光に対して出射光に０〜２πまでの範囲で任意の位相差を与えることができる。

この第２実施形態の構成において、液晶の厚みｄを２．５μｍ程度とし、先の実施形態１と同様の測定要件で位相変調の応答速度を測定した。測定の結果、１０ｍｓｅｃ程度の応答速度が得られた。

上記測定結果から分かるように、この第２実施形態における反射型液晶位相変調システム３１では、０〜２πの十分な位相差を確保して、先の第１実施形態に比べて位相変調の応答時間をさらに高速化することができる。

以上説明したように、この第２実施形態の反射型液晶位相変調システム３１は、先の第１実施形態で採用した２つの反射型液晶位相変調装置を共通の半導体基板に形成して構成した。これにより、先の第１実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに、この第２実施形態の反射型液晶位相変調システム３１は、先の第１実施形態に比べて、よりいっそう位相変調の応答速度を高速化することができる。

なお、この第２実施形態では、先の第１実施形態で採用した２つの反射型液晶位相変調装置を共通の半導体基板に形成して構成したが、２以上の反射型液晶位相変調装置を共通の半導体基板に形成して構成することもできる。

（第３実施形態）
図４を参照して、本発明の第３実施形態に係る反射型液晶位相変調装置の構成を説明す
る。この第３実施形態では、第１偏光方向の光をＰ偏光の光とし、第２偏光方向の光をＳ偏光の光としている。これにより、先の第１実施形態の反射型液晶位相変調装置１１は、入射光ならびに出射光はＳ偏光の光であるのに対して、この第３実施形態の反射型液晶位相変調装置４１は、入射光ならびに出射光はＰ偏光の光となる。

この第３実施形態では、Ｐ偏光の光を入射光ならびに出射光としている。このため、図４において、反射型液晶位相変調装置４１は、先の第１実施形態の反射型液晶位相変調装置１１の構成に比べて、反射鏡１５を削除して構成される。

反射型液晶位相変調装置４１は、他は先の第１実施形態と同様である。これにより、反射型液晶位相変調装置４１は、Ｐ偏光の入射光に対して、先の第１実施形態と同様に式（２）で示す位相差を与えることができる。

なお、図４において、図１と同様の構成には同符号を付して、その説明は省略する。

次に、図５を参照して、反射型液晶位相変調装置４１における光の光路、ならびに入射光に与えられる位相差について説明する。

反射型液晶位相変調装置４１の入射光となる、Ｘ軸方向の直線偏光であるＰ偏光の光４２ａは、第１偏光ビームスプリッタ１３−１に入射する。第１偏光ビームスプリッタ１３−１に入射した光４２ａは、偏光分離面１３−１ａを透過し、１／４波長板１４に入射する。１／４波長板１４に入射した光４２ａは、１／４波長板１４を透過して円偏光の光となり、反射型液晶位相変調部１２の第１液晶領域１２−１に入射する。

Ｐ偏光と平行な配向軸の液晶で構成される第１液晶領域１２−１に入射した光４２ａは、第１液晶領域１２−１を透過して反射電極で反射する。反射電極で反射した光４２ａは、再び第１液晶領域１２−１を透過して、反射型液晶位相変調部１２から出射する。このとき、第１液晶領域１２−１は、電圧供給部１６から所定の電圧が印加され、印加された電圧値に応じて液晶分子が傾斜している。

これにより、光が第１液晶領域１２−１の液晶内を往復することで、第１液晶領域１２−１に入射する光４２ａに対して第１液晶領域１２−１から出射する光４２ｂに位相差を与えることができる。すなわち、光４２ａに対して光４２ｂには、第１液晶領域１２−１の液晶に印加される電圧に応じて、０〜πの範囲の位相差を与えることが可能となる。

第１液晶領域１２−１から出射した光４２ｂは、１／４波長板１４を透過する。これにより、光４２ｂはＹ軸方向の直線偏光であるＳ偏光の光に変わる。Ｓ偏光に変わった光４２ｂは、第１偏光ビームスプリッタ１３−１に入射する。光４２ｂはＳ偏光の光なので、第１偏光ビームスプリッタ１３−１の偏光分離面１３−１ａで９０度反射する。反射した光４２ｃは、第２偏光ビームスプリッタ１３−２に入射する。

第２偏光ビームスプリッタ１３−２に入射したＳ偏光の光４２ｃは、偏光分離面１３−２ａで９０度反射し、反射した光４２ｄは１／４波長板１４に入射する。１／４波長板１４に入射した光４２ｄは、１／４波長板１４を透過して円偏光の光となり、反射型液晶位相変調部１２の第２液晶領域１２−２に入射する。

Ｓ偏光と平行な配向軸の液晶で構成される第２液晶領域１２−２に入射した光４２ｄは、第２液晶領域１２−２を透過して反射電極で反射する。反射電極で反射した光４２ｄは、再び第２液晶領域１２−２を透過して、反射型液晶位相変調部１２から出射する。このとき、第２液晶領域１２−２は、電圧供給部１６から所定の電圧が印加され、印加された電圧値に応じて液晶分子が傾斜している。

これにより、光が第２液晶領域１２−２の液晶内を往復することで、第２液晶領域１２−２に入射する光４２ｄに対して第２液晶領域１２−２から出射する光４２ｅに位相差を与えることができる。すなわち、光４２ｄに対して光４２ｅには、第２液晶領域１２−２の液晶に印加される電圧に応じて、０〜πの範囲の位相差を与えることが可能となる。

第２液晶領域１２−２から出射した光４２ｅは、１／４波長板１４を透過する。これにより、光４２ｅはＸ軸方向の直線偏光であるＰ偏光の光に変わる。Ｐ偏光に変わった光４２ｅは、第２偏光ビームスプリッタ１３−２に入射する。光４２ｅはＰ偏光の光なので、第２偏光ビームスプリッタ１３−２の偏光分離面１３−２ａを透過する。透過した光４２ｅは、第２偏光ビームスプリッタ１３−２から出射し、反射型液晶位相変調装置４１の出射光となる。

このような光路において、反射型液晶位相変調装置４１に入射する光４２ａに対して出射される光４２ｅが持つ位相差は、第１液晶領域１２−１で与えられた位相差と、第２液晶領域１２−２で与えられた位相差の和となる。これにより、反射型液晶位相変調装置４１は、各液晶領域の印加電圧に応じて、Ｐ偏光の入射光に対してＰ偏光の出射光に０〜２πまでの範囲で任意の位相差を与えることができる。

以上説明したように、この第３実施形態では、先の第１実施形態と同様に、１枚の半導体基板に液晶の配光軸が異なる２つの第１液晶領域１２−１、第２液晶領域１２−２を設け、それぞれの液晶領域で光を往復させる構成を採用している。これにより、Ｐ偏光の入射光ならびに出射光に対して、先の第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

（第４実施形態）
図６を参照して、本発明の第４実施形態に係る反射型液晶位相変調システムの構成を説明する。図６において、この第４実施形態の反射型液晶位相変調システム５１は、１枚の半導体基板に、第３実施形態の第１液晶領域１２−１、第２液晶領域１２−２と同様な液晶領域を４つ形成して構成される。すなわち、反射型液晶位相変調システム５１は、１枚の半導体基板に、第３実施形態の反射型液晶位相変調装置４１を２つ形成し、一方の装置の出射光を他方の装置の入射光として構成される。なお、図６において、図５と同様の構成には同符号を付して、その説明は省略する。

反射型液晶位相変調システム５１は、第３実施形態の反射型液晶位相変調装置４１と同様の構成の第１反射型液晶位相変調装置５１−１ならびに第２反射型液晶位相変調装置５１−２を備える。第１反射型液晶位相変調装置５１−１ならびに第２反射型液晶位相変調装置５１−２は、反射型液晶位相変調部１２ならびに１／４波長板１４を共通化して構成される。反射型液晶位相変調システム５１は、反射鏡５２を備える。
反射鏡５２は、三角ミラーで構成される。反射鏡５２は、第１反射型液晶位相変調装置５１−１の第２偏光ビームスプリッタ１３−２ならびに第２反射型液晶位相変調装置５１−２の第１偏光ビームスプリッタ１３−１の１／４波長板１４が配置された側と反対側に配置される。反射鏡５２は、第１反射型液晶位相変調装置５１−１の第２偏光ビームスプリッタ１３−２に対して４５度の角度で傾斜した第１反射面５２−１を備える。反射鏡５２は、第２反射型液晶位相変調装置５１−２の第１偏光ビームスプリッタ１３−１に対して４５度の角度で傾斜した第２反射面１５−２を備える。

反射鏡５２は、第１反射型液晶位相変調装置５１−１の第２偏光ビームスプリッタ１３−２から出射された光を第１反射面５２−１で９０度反射し、第２反射面５２−２に出射する。反射鏡５２は、第２反射面５２−２に入射した光を第２反射面５２−２で９０度反射し、第２反射型液晶位相変調装置５１−２の第１偏光ビームスプリッタ１３−１に出射する。

この第４実施形態では、光が１枚の半導体基板に形成された４つの液晶内をそれぞれ往復する構成を採用している。この構成により、光がそれぞれ４つの液晶を往復したときの位相差△φ３は、次式（３）で表される。

Δφ３＝８×Δｎ×ｄ×２π／λ …（３）
上式（３）は、先の第１実施形態で示した式（１）に比べて４倍の位相差が与えられることを示している。

このように、光が１枚の半導体基板に形成された４つの液晶内をそれぞれ往復することで、光が１つの液晶を１回往復した場合に比べて、液晶層の厚みｄが同じ場合には４倍の位相差が得られることになる。言い換えれば、同じ位相差を得るためには、液晶層の厚みｄは１／４の厚みとすることが可能となる。

次に、図６を参照して、反射型液晶位相変調システム５１における光の光路、ならびに入射光に与えられる位相差について説明する。

反射型液晶位相変調システム５１の入射光となる、Ｘ軸方向の直線偏光であるＰ偏光の光４２ａは、第１反射型液晶位相変調装置５１−１の第１偏光ビームスプリッタ１３−１に入射する。第１偏光ビームスプリッタ１３−１に入射した光４２ａは、偏光分離面１３−１ａを透過し、１／４波長板１４に入射する。１／４波長板１４に入射した光４２ａは、１／４波長板１４を透過して円偏光の光となり、第１反射型液晶位相変調装置５１−１の反射型液晶位相変調部１２の第１液晶領域１２−１に入射する。

これにより、光が第１反射型液晶位相変調装置５１−１の第１液晶領域１２−１の液晶内を往復することで、第１液晶領域１２−１に入射する光４２ａに対して第１液晶領域１２−１から出射する光４２ｂに位相差を与えることができる。すなわち、光４２ａに対して光４２ｂには、第１液晶領域１２−１の液晶に印加される電圧に応じて、０〜π／２の範囲の位相差を与えることが可能となる。

第１反射型液晶位相変調装置５１−１の第１液晶領域１２−１から出射した光４２ｂは、１／４波長板１４を透過する。これにより、光４２ｂはＹ軸方向の直線偏光であるＳ偏光の光に変わる。Ｓ偏光に変わった光４２ｂは、第１反射型液晶位相変調装置５１−１の第１偏光ビームスプリッタ１３−１に入射する。光４２ｂはＳ偏光の光なので、第１偏光ビームスプリッタ１３−１の偏光分離面１３−１ａで９０度反射する。反射した光４２ｃは、第１反射型液晶位相変調装置５１−１の第２偏光ビームスプリッタ１３−２に入射する。

第２偏光ビームスプリッタ１３−２に入射したＳ偏光の光４２ｃは、偏光分離面１３−２ａで９０度反射し、反射した光４２ｄは１／４波長板１４に入射する。１／４波長板１４に入射した光４２ｄは、１／４波長板１４を透過して円偏光の光となり、第１反射型液晶位相変調装置５１−１の反射型液晶位相変調部１２の第２液晶領域１２−２に入射する。

これにより、光が第１反射型液晶位相変調装置５１−１の第２液晶領域１２−２の液晶内を往復することで、第２液晶領域１２−２に入射する光４２ｄに対して第２液晶領域１２−２から出射する光４２ｅに位相差を与えることができる。すなわち、光４２ｄに対して光４２ｅには、第２液晶領域１２−２の液晶に印加される電圧に応じて、０〜π／２の範囲の位相差を与えることが可能となる。

第２液晶領域１２−２から出射した光４２ｅは、１／４波長板１４を透過する。これにより、光４２ｅはＸ軸方向の直線偏光であるＰ偏光の光に変わる。Ｐ偏光に変わった光４２ｅは、第１反射型液晶位相変調装置５１−１の第２偏光ビームスプリッタ１３−２に入射する。光４２ｅはＰ偏光の光なので、第２偏光ビームスプリッタ１３−２の偏光分離面１３−２ａを透過する。透過した光４２ｅは、反射鏡５２の第１反射面５２−１に入射する。

第１反射面５２−１に入射した光４２ｅは、第１反射面５２−１で９０度反射する。反射した光４２ｆは、反射鏡５２の第２反射面５２−２に入射し、第２反射面５２−２で９０度反射する。反射した光４２ｇは、第２反射型液晶位相変調装置５１−２の第１偏光ビームスプリッタ１３−１に入射する。

第１偏光ビームスプリッタ１３−１に入射した光４２ｇは、偏光分離面１３−１ａを透過し、１／４波長板１４に入射する。１／４波長板１４に入射した光４２ｇは、１／４波長板１４を透過して円偏光の光となり、第２反射型液晶位相変調装置５１−２の反射型液晶位相変調部１２の第１液晶領域１２−１に入射する。

Ｐ偏光と平行な配向軸の液晶で構成される第１液晶領域１２−１に入射した光４２ｇは、第１液晶領域１２−１を透過して反射電極で反射する。反射電極で反射した光４２ｇは、再び第１液晶領域１２−１を透過して、反射型液晶位相変調部１２から出射する。このとき、第１液晶領域１２−１は、電圧供給部１６から所定の電圧が印加され、印加された電圧値に応じて液晶分子が傾斜している。

これにより、光が第２反射型液晶位相変調装置５１−２の第１液晶領域１２−１の液晶内を往復することで、第１液晶領域１２−１に入射する光４２ｇに対して第１液晶領域１２−１から出射する光４２ｈに位相差を与えることができる。すなわち、光４２ｇに対して光４２ｈには、第１液晶領域１２−１の液晶に印加される電圧に応じて、０〜π／２の範囲の位相差を与えることが可能となる。

第２反射型液晶位相変調装置５１−２の第１液晶領域１２−１から出射した光４２ｈは、１／４波長板１４を透過する。これにより、光４２ｈはＹ軸方向の直線偏光であるＳ偏光の光に変わる。Ｓ偏光に変わった光４２ｈは、第２反射型液晶位相変調装置５１−２の第１偏光ビームスプリッタ１３−１に入射する。光４２ｈはＳ偏光の光なので、第１偏光ビームスプリッタ１３−１の偏光分離面１３−１ａで９０度反射する。反射した光４２ｉは、第２反射型液晶位相変調装置５１−２の第２偏光ビームスプリッタ１３−２に入射する。

第２偏光ビームスプリッタ１３−２に入射したＳ偏光の光４２ｉは、偏光分離面１３−２ａで９０度反射し、反射した光４２ｊは１／４波長板１４に入射する。１／４波長板１４に入射した光４２ｊは、１／４波長板１４を透過して円偏光の光となり、第２反射型液晶位相変調装置５１−２の反射型液晶位相変調部１２の第２液晶領域１２−２に入射する。

Ｓ偏光と平行な配向軸の液晶で構成される第２液晶領域１２−２に入射した光４２ｊは、第２液晶領域１２−２を透過して反射電極で反射する。反射電極で反射した光４２ｊは、再び第２液晶領域１２−２を透過して、反射型液晶位相変調部１２から出射する。このとき、第２液晶領域１２−２は、電圧供給部１６から所定の電圧が印加され、印加された電圧値に応じて液晶分子が傾斜している。

これにより、光が第２反射型液晶位相変調装置５１−２の第２液晶領域１２−２の液晶内を往復することで、第２液晶領域１２−２に入射する光４２ｊに対して第２液晶領域１２−２から出射する光４２ｋに位相差を与えることができる。すなわち、光４２ｊに対して光４２ｋには、第２液晶領域１２−２の液晶に印加される電圧に応じて、０〜π／２の範囲の位相差を与えることが可能となる。

第２液晶領域１２−２から出射した光４２ｋは、１／４波長板１４を透過する。これにより、光４２ｋはＸ軸方向の直線偏光であるＰ偏光の光に変わる。Ｐ偏光に変わった光４２ｋは、第２反射型液晶位相変調装置５１−２の第２偏光ビームスプリッタ１３−２に入射する。光４２ｋはＰ偏光の光なので、第２偏光ビームスプリッタ１３−２の偏光分離面１３−２ａを透過する。透過した光４２ｋは、第２偏光ビームスプリッタ１３−２から出射し、反射型液晶位相変調システム５１の出射光となる。

このような光路において、反射型液晶位相変調システム５１に入射する光４２ａに対して出射される光４２ｋが得られる位相差は、それぞれの装置で得られる位相差の和となる。すなわち、光４２ｋに与えられる位相差は、第１反射型液晶位相変調装置５１−１の第１液晶領域１２−１ならびに第２液晶領域１２−２で与えられた位相差と、第２反射型液晶位相変調装置５１−２の第１液晶領域１２−１ならびに第２液晶領域１２−２で与えられた位相差との和となる。これにより、反射型液晶位相変調システム５１は、各液晶領域の印加電圧に応じて、Ｐ偏光の入射光に対してＰ偏光の出射光に０〜２πまでの範囲で任意の位相差を与えることができる。

以上説明したように、この第４実施形態の反射型液晶位相変調システム５１は、先の第３実施形態で採用した２つの反射型液晶位相変調装置を共通の半導体基板に形成して構成した。これにより、先の第３実施形態と同様の効果を得ることができる。

さらに、この第４実施形態では、各反射型液晶位相変調部を構成する液晶は、先の第３実施形態に比べて、半分の厚みで同一の位相差を得ることができる。これにより、この第４実施形態では、先の第３実施形態に比べて、よりいっそう位相変調の応答速度を高速化することができる。

なお、この第４実施形態では、先の第３実施形態で採用した２つの反射型液晶位相変調装置を共通の半導体基板に形成して構成したが、２以上の反射型液晶位相変調装置を共通の半導体基板に形成して構成することもできる。

１１，４１…反射型液晶位相変調装置
１２…反射型液晶位相変調部
１２−１…第１液晶領域
１２−２…第２液晶領域
１３−１…第１偏光ビームスプリッタ
１３−１ａ…偏光分離面
１３−２…第２偏光ビームスプリッタ
１３−２ａ…偏光分離面
１４…１／４波長板
１５，５２…反射鏡
１５−１，５２−１…第１反射面
１５−２，５２−２…第２反射面
１６…電圧供給部
３１，５１…反射型液晶位相変調システム
３１−１，５１−１…第１反射型液晶位相変調装置
３１−２，５１−２…第２反射型液晶位相変調装置

Claims

透明電極と反射電極とで挟持して封入された液晶を備え、前記液晶は、液晶の長軸方向の配光軸が第１偏光方向の光の偏光軸と平行な第１液晶領域と、液晶の長軸方向の配光軸が第２偏光方向の光の偏光軸と平行な第２液晶領域とを備え、前記透明電極から入射した第１偏光方向の光が前記第１液晶領域を透過し、透過した第１偏光方向の光を前記反射電極で反射して再び前記第１液晶領域を透過して前記透明電極から出射し、前記透明電極から入射した第２偏光方向の光が前記第２液晶領域を透過し、透過した第２偏光方向の光を前記反射電極で反射して再び前記第２液晶領域を透過して前記透明電極から出射し、前記第１液晶領域ならびに前記第２液晶領域で光を往復させる反射型液晶位相変調部と、
入射光を透過または反射して前記反射型液晶位相変調部の第１液晶領域に出射し、前記反射型液晶位相変調部の第１液晶領域を透過した光が前記反射電極で反射して再度前記第１液晶領域を透過し、前記第１液晶領域を透過して前記反射型液晶位相変調部を出射した光を入射し、入射した光を透過または反射して出射する第１偏光ビームスプリッタと、
入射光を透過または反射して前記反射型液晶位相変調部の第２液晶領域に出射し、前記反射型液晶位相変調部の第２液晶領域を透過した光が前記反射電極で反射して再度前記第２液晶領域を透過し、前記第２液晶領域を透過して前記反射型液晶位相変調部を出射した光を入射し、入射した光を透過または反射して出射する第２偏光ビームスプリッタと、
前記反射型液晶位相変調部と前記第１偏光ビームスプリッタの間、ならびに前記反射型液晶位相変調部と前記第２偏光ビームスプリッタとの間に設けられ、前記第１偏光ビームスプリッタまたは前記第２偏光ビームスプリッタと前記反射型液晶位相変調部との間で往復する光を透過して、光の偏光方向を変える１／４波長板と、
前記透明電極と前記反射電極との間に電圧を供給して、前記液晶に所定の電圧を印加する電圧供給部と
を有し、
前記第１偏光ビームスプリッタから出射した光を前記第２偏光ビームスプリッタに入射し、
前記第１液晶領域に入射する第１偏光方向の光と、前記第２液晶領域を出射する第１偏光方向の光との間には、前記電圧供給部が前記液晶に印加する電圧に応じて位相差が生じる
ことを特徴とする反射型液晶位相変調装置。
前記第１偏光ビームスプリッタから出射された光を反射して前記第２偏光ビームスプリッタに出射する反射鏡
を有することを特徴とする請求項１に記載の反射型液晶位相変調装置。
前記反射型液晶位相変調装置は、入射光と出射光の偏光方向が同一である
ことを特徴とする請求項１または２に記載の反射型液晶位相変調装置。
請求項１〜３のいずれか１項に記載の反射型液晶位相変調装置を複数備え、前記複数の反射型液晶位相変調装置は、共通の半導体基板に形成され、前記複数の反射型液晶位相変調装置のいずれか一の前記反射型液晶位相変調装置の第２偏光ビームスプリッタからの出射光は、前記複数の反射型液晶位相変調装置のいずれか他の前記反射型液晶位相変調装置の第１偏光ビームスプリッタへの入射光として与えられる
ことを特徴とする反射型液晶位相変調システム。