JP6325740B2 - 色消し位相変調器および光学用具 - Google Patents
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Description
本発明の第2の態様によると、第1の態様の色消し位相変調器において、直線偏光は可視範囲の波長を有することが好ましい。
本発明の第3の態様によると、第1または2の態様の色消し位相変調器において、直線偏光子をさらに備え、直線偏光子は、入射する光を直線偏光に変換することが好ましい。
本発明の第4の態様によると、第3の態様の色消し位相変調器において、液晶素子は、第1液晶素子および第2液晶素子であり、任意の波長に対して、第1液晶素子においては、第1変調状態における屈折率の方が第2変調状態における屈折率より大きく、第2液晶素子においては、第1変調状態における屈折率の方が第2変調状態における屈折率より小さいことが好ましい。
本発明の第5の態様によると、第4の態様の色消し位相変調器において、第1液晶素子においては電圧が印加されない状態では液晶分子の配向方向が第1配向方向であり、第2液晶素子においては電圧が印加されない状態では液晶分子の配向方向が第2配向方向であることが好ましい。
本発明の第6の態様によると、第1の態様の色消し位相変調器において、液晶素子は、第1液晶素子、第2液晶素子および第3液晶素子であり、任意の波長に対して、第1液晶素子と第2液晶素子においては共に、第1変調状態における屈折率の方が第2変調状態における屈折率より大きく、第3液晶素子においては、第1変調状態における屈折率の方が第2変調状態における屈折率より小さいか、または、第1液晶素子と第2液晶素子においては共に、第1変調状態における屈折率の方が第2変調状態における屈折率より小さく、第3液晶素子においては、第1変調状態における屈折率の方が第2変調状態における屈折率より大きいことが好ましい。
本発明の第7の態様によると、第6の態様の色消し位相変調器において、第1液晶素子、第2液晶素子および第3液晶素子の液晶分子の配向方向はいずれも、電圧が印加されない状態では第1配向方向であることが好ましい。
本発明の第8の態様によると、第1〜7のいずれか一つの態様の色消し位相変調器において、液晶素子の液晶材料の厚さは、液晶素子のそれぞれに印加する駆動電気信号を制御することによりゼロと最大位相変調の間の範囲の位相変調が得られるように設定されることが好ましい。
本発明の第9の態様によると、第1〜8のいずれか一つの態様の色消し位相変調器において、それぞれの液晶素子に印加する駆動電気信号を制御することにより、ゼロと最大位相変調の間の範囲の位相変調が得られることが好ましい。
本発明の第10の態様によると、第1〜9のいずれか一つの態様の色消し位相変調器において、液晶素子の液晶材料の厚さは、いずれも30μm以下であることが好ましい。
本発明の第11の態様によると、第1〜10のいずれか一つの態様の色消し位相変調器において、液晶素子はそれぞれ、二次元配列された複数の部分液晶領域に分割されており、液晶素子に配列された部分液晶領域は、別の液晶素子の部分液晶領域と対応し、制御部はそれぞれの部分液晶領域に個別に駆動電気信号を印加するように制御することが好ましい。
本発明の第12の態様によると、光学用具であって、第1〜11のいずれか一つの態様の色消し位相変調器からなる。
本発明の第13の態様によると、第12の態様の光学用具において、ヘイズは2%以下であることが好ましい。
φo (λ)= 2πdno (λ) /λ
φe (λ)= 2πdne (λ) /λ
となるので、液晶分子の配向方向を第1配向方向から第2配向方向に変化させた場合の位相変調Δφは、下記(1)式で表せる。
Δφ=φe−φo=2πd(ne (λ)−no (λ)) /λ (1)
neff (λ,α)=1/√[(sin2(α)/n e(λ))+(cos2(α)/n o(λ))] (2)
Δφ1 (λ1)=2π[(n12 (λ1)−n11 (λ1))d1] /λ1
Δφ2 (λ1)=2π[(n22 (λ1)−n21 (λ1))d2] /λ1
となるので、位相変調の合計Δφ(λ1)は、
Δφ(λ1)=Δφ1 (λ1)+Δφ2 (λ1)
=2π[(n12 (λ1)−n11 (λ1))d1+(n22 (λ1)−n21 (λ1))d2] /λ1
=2π(x1d1+y1d2) /λ1 (3)
同様に、波長λ2の入射直線偏光の位相変調Δφ(λ2)は、
Δφ(λ2)=2π[(n12 (λ2)−n11 (λ2))d1+(n22 (λ2)−n21 (λ2))d2] /λ2
=2π(x2d1+y2d2) /λ2 (4)
となる。なお、図2Aおよび図2Bに矢印で示した通り、λ1<λ2であるので、2個の液晶による本構成においては、
x1=n12 (λ1)−n11 (λ1)
y1=n22 (λ1)−n21 (λ1)
x2=n12 (λ2)−n11 (λ2)
y2=n22 (λ2)−n21 (λ2)
である。
x1+y1<x2+y2
が成り立つ条件が存在する。ここで、x2とy1をそれぞれ移項すると、
x1−x2<y2−y1
となる。この式より、
(x1−x2)d1<(y2−y1)d2 (5)
が成り立つように、液晶素子1および液晶素子2のそれぞれの液晶材料層の厚さd1およびd2を設定することは可能であることがわかる。即ち、
(x1−x2)/(y2−y1)<d2/d1
となるようにd1およびd2を設定できる。(5)式により、(3)式中の(x1d1+y1d2)に比べて(4)式中の(x2d1+y2d2)は大きいことがわかる。即ち、小さい波長λ1における位相変調を表わす式(3)の分子に比べて、大きい波長λ2における位相変調を表わす式(4)の分子の方が大きい。従って、 (x1d1+y1d2) /(x2d1+y2d2)がλ1/λ2と等しくなるように、x1、y1、x2、y2、d1およびd2を設定することが可能であることがわかる。即ち、2種類の液晶材料と2種類の設計波長を選択して(2つの未知数に対して2元連立方程式を解くことで)、
(x1d1+y1d2) /(x2d1+y2d2)=λ1/λ2 (6)
を実現できる。(6)式が成り立つことは、Δφ(λ1)=Δφ(λ2)であることを意味する。即ち、色消し位相変調が成立することを意味する。
Δφ(λ1)=2π(x1d1+y1d2+z1d3) /λ1 (7)
ここで、x1=n12 (λ1)−n11 (λ1)、y1=n22 (λ1)−n21 (λ1)、z1=n32 (λ1)−n31 (λ1)とする。このとき、波長λ2の入射直線偏光の位相変調Δφ(λ2)は、
Δφ(λ2)=2π(x2d1+y2d2+z2d3) /λ2 (8)
ここで、x2=n12 (λ2)−n11 (λ2)、y2=n22 (λ2)−n21 (λ2)、z2=n32 (λ2)−n31 (λ2)となる。同時に、波長λ3の入射直線偏光の位相変調Δφ(λ3)は、
Δφ(λ3)=2π(x3d1+y3d2+z3d3) /λ2 (9)
ここで、x3=n12 (λ3)−n11 (λ3)、y3=n22 (λ3)−n21 (λ3)、z3=n32 (λ3)−n31 (λ3)
となる。 (7)式、(8)式および(9)式から、x1、y1、z1、x2、y2、z2、d1、d2、およびd3のそれぞれについて、色消し位相変調が実現するように設定した場合には、下記(10)式が満足される。
(x1d1+y1d2+z1d3) /λ1 = (x2d1+y2d2+z2d3) /λ2 = (x3d1+y3d2+z3d3) /λ3 (10)
なお、3個の液晶素子の配置はどのような順序でも構わない。
<液晶材料の選定>
多種類のネマティック液晶素子を用意する。
2π(Δn1(λ)d1+Δn2(λ)d2) /λ=2π (11)
ここで、
Δn1(λ)=n1 e(λ)−n1 o(λ) または n1 o(λ) −n1 e(λ)
Δn2(λ)=n2 e(λ)−n2 o(λ) または n2 o(λ) −n2 e(λ)
n1 e(λ)−n1 o(λ)およびn2 e(λ)−n2 o(λ)はいずれも正であり、n1 o(λ) −n1 e(λ)およびn2 o(λ) −n2 e(λ)はいずれも負である。
(Δn1(400)d1+Δn2(400)d2)=400(nm) (12)
(Δn1(600)d1+Δn2(600)d2)=600(nm) (13)
Δn1(400)、Δn2(400)、Δn1(600)、およびΔn2(600)については、既に記載した通り、コーシーの分散公式から計算により求められているので、(10)式および(11)式からd1およびd2が求まる。このようにして、種々の2種類の液晶材料の組み合わせに対する各液晶材料層の厚さを求めることができる。これらの複数の組み合わせの中から、次の条件により2種類の液晶材料の組み合わせとそれぞれの液晶材料層の厚さを選定する。
(i) 可視光400nm〜700nmの範囲で、2πラジアンに設定した最大位相変調に対して位相変調誤差が8%以下であること。
(ii) 液晶材料層の厚さが30μmを超えないこと。
なお、(ii)の条件は、液晶材料層の厚さが厚い場合には応答時間が長くなることから設定されたものである。
Δn1(λ)=n1 e(λ)−n1 o(λ) >0
Δn2(λ)=n2 o(λ) −n2 e(λ) <0
である。第1変調状態においては、液晶素子1(MDA-02-2359)の液晶分子の配向方向と液晶素子2(E7)における液晶分子の配向方向はそれぞれ第1配向方向と第2配向方向である。MDA-02-2359はネガティブ誘電異方性(N型)を有し、E7はポジティブ誘電異方性(P型)を有する液晶素子用の液晶材料であるため、第1変調状態においては電圧の印加を要しない。さらに、第1変調状態においては、位相変調は可視光全域にわたってゼロである。
2つの液晶素子を直列に配置した位相変調器のそれぞれの液晶素子の制御について次に説明する。ゼロから最大位相変調2πラジアンの間の特定の位相変調を実現するために必要な液晶素子の有効屈折率変化は、波長変化による位相変調誤差を最小とするように繰り返し計算して決定される。このような液晶素子の有効屈折率変化を決定するための方法は複数ある。例えば、液晶分子の配向方向から液晶素子の有効屈折率変化を計算することができる(式(2)を参照)。より具体的には、ゼロから最大位相変調2πラジアンの間のどのような特定の位相変調ΔOkに対しても、第1変調状態は同様に維持されるので、液晶素子1(MDA-02-2359)および液晶素子2(E7)における液晶分子の配向方向はそれぞれ第1配向方向と第2配向方向である。この第1変調状態は初期状態と呼べる。特定の位相変調ΔOkのための第2変調状態を決定するには、液晶素子1および液晶素子2のそれぞれの最適有効屈折率を、400nmと600nmの波長の光に対して位相変調誤差が最小となるように計算する。液晶分子の配向が、第1変調状態に維持された状態から第2変調状態に変化することによる位相変調ΔOkは、次の式(14)により表せる。
2π(Δn1(λ,α1)d1+Δn2(λ,α1)d2) /λ=ΔOk (14)
ここで、
Δn1(λ)=n1eff(λ,α1)−n1o(λ) > 0
Δn2(λ)=n2eff(λ,α2)−n2e(λ) < 0
α1とα2は、液晶素子1および液晶素子2のそれぞれの液晶分子の配向方向である。有効屈折率neff(λ,α)は式(2)で表される。位相変調誤差は、2π(Δn1(λ,α1)d1+Δn2(λ,α1)d2) /λと式(14)のΔOkとの差である。実際には、400nmと600nmの波長に対して位相変調誤差が最小となるように繰り返し計算を行う。液晶素子1および液晶素子2のそれぞれの有効屈折率の最適化は、液晶分子の配向方向のそれぞれの変化α1およびα2により実現される。
<液晶材料の選定>
実施例1において説明したように、屈折率波長依存性を求めた複数のネマティック液晶材料から、3種類の液晶材料を選択し、それらの液晶材料を用いた液晶素子により構成したと仮定した場合の各液晶材料層の厚さを計算により求める。具体的には、液晶分子の配向方向が第1配向方向から第2配向方向への変化(noからne)、または、第2配向方向から第1配向方向への変化(neからno)により各液晶材料の屈折率を変化させることで最大位相変調2πが得られる際に、λが400nm、500nmおよび660nmのそれぞれの場合において、次の(15)式が満たされるようにd1、d2およびd3を算出する。ここで、d1、d2およびd3は3種類の液晶材料層のそれぞれの厚さを表わす。波長400nm、500nmおよび660nmのそれぞれにおけるΔn1(λ)、Δn2(λ)およびΔn3(λ)の値はわかっているので、これらの波長について、d1、d2およびd3を正確に求めることができる。
2π(Δn1(λ)d1+Δn2(λ)d2+Δn3(λ)d3) /λ=2π (15)
ここで、
Δn1(λ)=n1 e(λ)−n1 o(λ) または n1 o(λ) −n1 e(λ)
Δn2(λ)=n2 e(λ)−n2 o(λ) または n2 o(λ) −n2 e(λ)
Δn3(λ)=n3 e(λ)−n3 o(λ) または n3 o(λ) −n3 e(λ)
n1 e(λ)−n1 o(λ)、n2 e(λ)−n2 o(λ)およびn3 e(λ)−n3 o(λ)はいずれも正であり、n1 o(λ) −n1 e(λ)、n2 o(λ) −n2 e(λ)およびn3 o(λ) −n3 e(λ)はいずれも負である。
Δn1(400)d1+Δn2(400)d2+Δn3(400)d3=400(nm) (16)
Δn1(500)d1+Δn2(500)d2+Δn3(500)d3=500(nm) (17)
Δn1(660)d1+Δn2(660)d2+Δn3(600)d3=660(nm) (18)
Δn1(400)、Δn2(400)、Δn3(400)、Δn1(500)、Δn2(500)、Δn3(500)、Δn1(660)、Δn2(660)およびΔn3(660)については、既に記載した通り、コーシーの分散公式から計算により求められているので、(16)〜(18)式からd1、d2およびd3が求まる。このようにして、種々の3種類の液晶材料の組み合わせに対する各液晶材料層の厚さを求めることができる。これらの複数の組み合わせの中から、次の条件により3種類の液晶材料の組み合わせとそれぞれの液晶材料層の厚さを選定する。
(i) 2πラジアンの位相変調誤差が7%以下であること。
(ii) 液晶材料層の厚さが30μmを超えないこと。
Δn1(λ)=n1 e (λ)−n1 o (λ) >0
Δn2(λ)=n2 e (λ) −n2 o (λ) >0
Δn3(λ)=n3 o(λ) −n3 e(λ) <0
である。第1変調状態においては、液晶素子11(MDA-02-2359)と液晶素子12(MMC-6608)における液晶分子の配向方向は共に第1配向方向であり、液晶素子13(ZLI-4788)における液晶分子の配向方向は第2配向方向である。
上記のように算出した材料と厚さの組み合わせにおける位相変調について400〜700の波長域の種々の波長の光に対してシミュレーションを行う。最大位相変調である2πラジアンに対しては、既にコーシーの分散公式により求めた常光屈折率noと異常光屈折率ne(図4参照)を用いることができる。2πラジアン以外の位相変調については、有効屈折率の変化量を変化させながら繰り返し計算し、位相変調誤差が最小となるようにする。より具体的には、液晶分子の配向が、第1変調状態に維持された状態から第2変調状態に変化することによる位相変調ΔOkは、次の式(19)により表せる。
2π(Δn1(λ,α1)d1+Δn2(λ,α1)d2+Δn3(λ,α3)d3) /λ=ΔOk (19)
ここで、
Δn1(λ)=n1eff(λ,α1)−n1o(λ) > 0
Δn2(λ)=n2eff(λ,α2)−n2o(λ) > 0
Δn3(λ)=n2eff(λ,α3)−n3e(λ) < 0
α1、α2およびα3は、液晶素子11、液晶素子12および液晶素子13のそれぞれの液晶分子の配向方向である。有効屈折率neff(λ,α)は式(2)で表される。400nm、500nmおよび660nmの波長に対して位相変調誤差が最小となるように繰り返し計算を行う。液晶素子1、液晶素子2および液晶素子3のそれぞれの有効屈折率の最適化は、液晶分子の配向方向のそれぞれの変化α1、α2およびα3により実現される。このようにして、400〜700nmの波長域の種々の波長について、0πラジアンから2πラジアンまで0.1πラジアン刻みで位相変調を計算した結果を図7に示す。また、位相変調誤差の算出値を図8に示す。位相変調の増加の違いによる位相シフトの絶対誤差は、400nmから700nmの波長範囲で0.035πラジアンを超えない。
液晶素子の作製方法の一例について次に説明する。一組のガラス基板のそれぞれの一方の表面に、ITO(酸化インジウムスズ)とポリイミドをそれぞれコーティングして電極層と配向層を形成する。ポリイミドを用いることにより、ホモジニアス配向あるいはホメオトロピック配向が可能となる。ホモジニアス配向の場合、配向層は、その近傍で液晶分子をガラス基板に平行、かつ、数°の微小なプレチルト角のラビング方向に配向させるために、一方向にラビングを行なうことが可能である。ホメオトロピック配向の場合、その近傍で液晶分子をガラス基板にほぼ垂直、かつ、ラビングプレチルト角を85〜89°とするために、ポリイミド層を一方向に静かにラビングすることが可能である。
各液晶素子の屈折率変化を実現するために各液晶素子に印加する電圧の値を求める方法の一例について次に説明する。液晶素子による位相変調を測定するために図9に示す位相測定器500を用意する。図9に示す位相測定器500は、波長632.8nmの光を出射するレーザ光源10と、その出射光の光路上に、透過軸が互いに直交するように配置した第1の偏光板11および第2の偏光板12と光強度検出器13を配置して構成される。第1の偏光板偏光板11および第2の偏光板12の間に位相測定する液晶素子を配置する。液晶素子には電圧を印加できるように電源14を接続し、制御装置15により電源14が液晶素子に印加する電圧を制御する。液晶素子は液晶分子の配向方向が第2配向方向となった際に、液晶分子の配向方向が2個の偏光板のそれぞれの透過軸と45°の角度となるように配置する。
I’=f(V) (20)
が求まる。液晶素子による位相遅れと光強度との間には次の関係が成り立つ。
I’(Δφ)=(1/2)sin2(Δφ/2) (21)
従って、液晶素子への印加電圧と位相遅れの関係が求まる。また、液晶素子の液晶分子の配向方向を、第1配向方向から第1配向方向と第2配向方向の間の一つの状態に変化させるように印加電圧を制御した場合、有効屈折率変化と位相変調の間には次式が成り立つ。
Δφ=2πd(neff(λ)−no(λ)) /λ (22)
ここで、n(λ)effは、液晶分子の配向方向が第1配向方向と第2配向方向の間の任意の状態における波長λの光に対する有効屈折率を表わす。従って、(20)〜(22)式から、液晶素子の中間屈折率neff(λ)と印加電圧Vの関係が求まる。このようにして、位相変調器を構成するために選択した液晶素子のそれぞれについて、中間屈折率n(λ)effと印加電圧Vとの関係を求める。
色消し位相変調器の例を次に示す。図1に、2個の液晶素子を直列に配置して構成する色消し位相変調器の一例として位相変調器100を模式的に示す。2個の液晶素子に印加する電圧を供給するための電源14と接続する。制御装置15により電源14から液晶素子に印加する電圧を制御する。なお、2個の液晶素子の配置順序に制約はない。直線偏光が2個の液晶素子を順次通過することで、この直線偏光の位相は色消し位相変調される。
位相変調器の位相変調を測定する方法の一例について次に説明する。図11に示すように、マッハ・ツェンダ(Mach-Zehnder)干渉装置600に、位相変調器100または200を配置して、位相変調の測定を行う。図11は、位相変調器200が配置されているところを示している。レーザ光源31から出射した光は偏光板32を通過して直線偏光となりビームスプリッタ33に入射する。ビームスプリッタ33から出射する光はL1とL2の2つの光路に分離される。光路L1には位相変調器200が配置され、位相変調器200を透過した光は2個あるいは3個の液晶素子に印加された電圧に応じて位相が変調され、反射ミラー34で反射されビームスプリッタ36に入射する。光路L2を進む光は反射ミラー35で反射されビームスプリッタ36に入射する。ビームスプリッタ36において、L1とL2の二つの光路は重なった後、必要に応じてレンズにより拡大されてスクリーンSに投影される。ビームスプリッタ36から出射した光は、位相変調された光路L1の光と位相変調されない光路L2の光が重なるために干渉が発生し、スクリーンS上に干渉縞が現れる。
位相変調器を構成する、液晶素子1のためのMDA-02-2359(メルク社製)、液晶素子2のためのMLC-6608(メルク社製)および液晶素子3のためのZLI-4788(メルク社製)の3種類の液晶材料の組み合わせを選択する。これらの3種類の液晶材料は実施例2と同様であるが、作製された液晶素子における液晶材料の厚さは、それぞれ、MDA-02-2359が29.92μm、MLC-6608が21.55μm、ZLI-4788が20.69μmである。それぞれの液晶素子の有効屈折率neff(λ)と印加する電圧Vの関係は、実施例2に示した方法により求められる。このようにして、それぞれの液晶素子に対して、ゼロと2πラジアンの間の種々の位相変調に相当する印加電圧の値を決定する。3個の液晶素子のそれぞれに、目標とする位相変調である、ゼロ(0πラジアン)、0.5πラジアン、1πラジアン、1.5πラジアン、および2πラジアンに相当する電圧を印加して、波長543nmおよび633nmにおいて実際の位相変調を測定する。測定結果を図17に示す。目標とする位相変調に対する位相誤差は10%を超えなかった。
(1)本発明に係る位相変調器は、屈折率波長依存性が互いに異なる液晶材料からなる少なくとも2個の液晶素子を直列に配置し、それぞれに所定の駆動電気信号を印加するように制御して直線偏光の位相変調を行う。これにより、広い波長域の光に対して色消し位相変調を行うことが可能となる。
(2)本発明に係る位相変調器においては、入射する直線偏光の偏光方向を変化させずに出射させる。従って、出射光の強度が位相変調により影響を受けることなく色消し位相変調が可能となる。
(3)本発明に係る位相変調器においては、それぞれの液晶素子の液晶分子の配向方向を、直線偏光の進行方向に実質的に平行な第1配向方向と直線偏光の偏光方向と実質的に平行な第2配向方向とを含む面内において、第1配向方向と第2配向方向との間で、第1配向方向と第2配向方向とを含む面内において変化させる。従って、簡易な構成により、入射する直線偏光の偏光方向を変化させずに出射させることが実現できる。また、連続可変位相変調器を実現することができる。
(4)本発明に係る位相変調器においては、液晶素子として所定の方向に配向可能なネマティック液晶素子を用いる。これにより、簡易な構成により、色消し位相変調器を実現することができる。
(5)本発明に係る位相変調器においては、液晶素子として二次元配列された複数の部分液晶領域に分割されたものを用いることが可能である。それにより、画素毎に色消し位相変調が可能となる。
本実施の形態においては、直線偏光を液晶素子に入射させるものとして説明した。しかし、直線偏光子をさらに備え、非偏光光を直線偏光子により直線偏光に変換した後、液晶素子に入射させてもよい。このような構成の色消し位相変調器300を図15に示す。液晶素子に入射する直線偏光は直線偏光子301により非偏光光が変換されたものである。
本実施の形態においては、各液晶素子について、それぞれの最大屈折率変化量、即ち、液晶分子の配向方向が液晶素子基板面に垂直な第1配向方向における屈折率noと、液晶分子の配向方向が液晶素子基板面に平行な第2配向方向における屈折率neの差により、液晶材料層の厚さを求めた。しかし、屈折率noとneの間の任意の二つの配向方向における有効屈折率差に基づいて液晶材料層の厚さを求めてもよい。
本実施の形態においては、各液晶素子はそれぞれ一体として動作するものとして説明した。しかし、各液晶素子は二次元配列された複数の部分液晶領域に分割されたものであってもよい。この場合、これらの部分液晶領域に対しては個別に印加電圧を制御できるものとし、さらに、各液晶基板の部分液晶領域は互いに対応するように構成される。このような構成の色消し位相変調器400を図16に示す。図16の色消し位相変調器400において一つの液晶素子に形成されたそれぞれの部分液晶領域401は、別の液晶素子に形成されたそれぞれの部分液晶領域402と対応し、対応関係にある一組の部分液晶領域の間で光が伝播し、対応関係のない他の部分液晶領域には光が伝播しないように構成される。なお、図16においては、電源や制御装置は省略して図示している。
本実施の形態においては、各液晶素子は互いに離れて配置されているものとして説明した。しかし、各液晶素子は互いに接触するように配置されてもよい。
本実施の形態においては、2個ないし3個の液晶素子を用いて色消し位相変調器を構成したが、3個を超える液晶素子を用いて構成してもよい。
2 液晶材料
10、31 レーザ光源
11、12、32 偏光板
13 光強度検出器
14、214 電源
15、215 制御装置
33、36 ビームスプリッタ
34、35 反射ミラー
100、200、300、400 位相変調器
401、402 部分液晶領域
500 位相測定器
600 マッハ・ツェンダ干渉装置
Claims (13)
- 直線偏光の位相を変調して出射する色消し位相変調器であって、
前記直線偏光の光路上に直列に配置され、屈折率波長依存性が互いに異なる液晶材料からなる少なくとも2個の液晶素子と、
前記直線偏光を色消し位相変調するように、前記少なくとも2個の液晶素子にそれぞれ所定の駆動電気信号を印加する制御部と、を備え、
前記液晶素子はいずれも前記液晶素子に印加される前記駆動電気信号に応じて、それぞれの液晶分子の配向方向を、前記直線偏光の進行方向に実質的に平行な第1配向方向と、前記直線偏光の偏光方向と実質的に平行な第2配向方向との間で、前記第1配向方向と前記第2配向方向とを含む面内において、変化させることが可能であり、
前記位相変調器に入射する前記直線偏光の偏光方向と、前記位相変調器から出射する前記直線偏光の偏光方向とは同じであり、
前記液晶素子はいずれもネマティック液晶素子であり、
前記駆動電気信号は電圧であり、
前記制御部は、前記液晶分子の配向方向を、色消し位相変調器が第1変調量を実現する第1変調状態と、前記第1変調量とは異なる第2変調量を実現する第2変調状態となるように、前記液晶素子に印加する電圧を制御し、これにより、任意の波長に対して、前記液晶素子のうち一方の液晶素子においては、前記第1変調状態における屈折率の方が前記第2変調状態における屈折率より大きく、他方の液晶素子においては、前記第1変調状態における屈折率の方が前記第2変調状態における屈折率より小さくする色消し位相変調器。 - 請求項1に記載の色消し位相変調器において、
前記直線偏光は可視範囲の波長を有する色消し位相変調器。 - 請求項1または2に記載の色消し位相変調器において、
直線偏光子をさらに備え、
前記直線偏光子は、入射する光を前記直線偏光に変換する色消し位相変調器。 - 請求項3に記載の色消し位相変調器において、
前記液晶素子は、第1液晶素子および第2液晶素子であり、
任意の波長に対して、前記第1液晶素子においては、前記第1変調状態における屈折率の方が前記第2変調状態における屈折率より大きく、前記第2液晶素子においては、前記第1変調状態における屈折率の方が前記第2変調状態における屈折率より小さい色消し位相変調器。 - 請求項4に記載の色消し位相変調器において、
前記第1液晶素子においては前記電圧が印加されない状態では前記液晶分子の配向方向が第1配向方向であり、前記第2液晶素子においては前記電圧が印加されない状態では前記液晶分子の配向方向が前記第2配向方向である色消し位相変調器。 - 請求項1に記載の色消し位相変調器において、
前記液晶素子は、第1液晶素子、第2液晶素子および第3液晶素子であり、
任意の波長に対して、前記第1液晶素子と前記第2液晶素子においては共に、前記第1変調状態における屈折率の方が前記第2変調状態における屈折率より大きく、前記第3液晶素子においては、前記第1変調状態における屈折率の方が前記第2変調状態における屈折率より小さいか、または、前記第1液晶素子と前記第2液晶素子においては共に、前記第1変調状態における屈折率の方が前記第2変調状態における屈折率より小さく、前記第3液晶素子においては、前記第1変調状態における屈折率の方が前記第2変調状態における屈折率より大きい色消し位相変調器。 - 請求項6に記載の色消し位相変調器において、
前記第1液晶素子、前記第2液晶素子および前記第3液晶素子の液晶分子の配向方向はいずれも、前記電圧が印加されない状態では第1配向方向である色消し位相変調器。 - 請求項1〜7のいずれか1項に記載の色消し位相変調器において、
前記液晶素子の記液晶材料の厚さは、前記液晶素子のそれぞれに印加する前記駆動電気信号を制御することによりゼロと最大位相変調の間の範囲の位相変調が得られるように設定される色消し位相変調器。 - 請求項1〜8のいずれか1項に記載の色消し位相変調器において、
それぞれの前記液晶素子に印加する前記駆動電気信号を制御することにより、ゼロと最大位相変調の間の範囲の位相変調が得られる色消し位相変調器。 - 請求項1〜9のいずれか1項に記載の色消し位相変調器において、
前記液晶素子の前記液晶材料の厚さは、いずれも30μm以下である色消し位相変調器。 - 請求項1〜10のいずれか1項に記載の色消し位相変調器において、
前記液晶素子はそれぞれ、二次元配列された複数の部分液晶領域に分割されており、
前記液晶素子に配列された前記部分液晶領域は、別の前記液晶素子の前記部分液晶領域と対応し、
前記制御部はそれぞれの前記部分液晶領域に個別に駆動電気信号を印加するように制御する色消し位相変調器。 - 請求項1〜11のいずれか1項に記載の色消し位相変調器からなる光学用具。
- 請求項12に記載の光学用具であって、ヘイズが2%以下である光学用具。
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