JP2001013477A

JP2001013477A - 液晶光減衰器

Info

Publication number: JP2001013477A
Application number: JP11182049A
Authority: JP
Inventors: Hideki Takahashi; 英樹高橋
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 1999-06-28
Filing date: 1999-06-28
Publication date: 2001-01-19

Abstract

(57)【要約】【課題】精密な電圧制御をすること無く、光の減衰量
のコントロールを可能にすること。【解決手段】外部から入射する光をＰ偏光とＳ偏光と
に分離する偏光分離手段２と、この偏光分離手段２で分
離されたＰ偏光とＳ偏光が共に入射する液晶素子５０
と、この液晶素子５０を通ったＰ偏光とＳ偏光を共に入
射させると共に合波して外部へ出射する偏光合成手段３
とを備えた液晶光減衰器Ａにおいて、液晶素子５０は、
２枚の４５°ツイストネマチック液晶セル４，５を積層
して構成すると共に、２枚の４５°ツイストネマチック
液晶セル４，５の各印加電圧値を、相互に独立して可変
できるようにした。これにより穏和な光減衰曲線が得ら
れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば光情報通信
に適用される可変光減衰器であって、特に液晶セルを光
学素子として用いた液晶光減衰器に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の可変光減衰器は、減衰フィルタ等
の素子を回転させる等の機械的駆動部を有している（特
開平５−４０２３４号公報）。

【０００３】これに対してファラデー回転子や液晶素子
を光減衰器の素子として用いる場合、前記した機械的駆
動部等を必要としないため、全体の構造を簡略化できる
メリットがある。

【０００４】この液晶素子を用いた液晶光減衰器は、従
来の２×２液晶光スイッチを応用したもので、図３に示
す構造を有して構成されている。

【０００５】すなわち、従来の液晶光減衰器Ｂは、光を
Ｐ偏光とＳ偏光とに分離する偏光分離手段としての偏光
ビームスプリッタ９と、分離されたＰ偏光とＳ偏光が共
に入射する液晶素子としての９０°ツイストネマチック
液晶セル１１と、この液晶セル１１を通ったＰ偏光とＳ
偏光を共に入射させると共に合波して外部へ出射する偏
光合成手段としての偏光ビームスプリッタ１０とを備え
て大略構成されている。

【０００６】そして、この液晶光減衰器Ｂによれば、フ
ァイバコリメータ８より出射された光は、偏光ビームス
プリッタ９によりＳ，Ｐ偏光光に分離された後、液晶セ
ル１１に入射される。入射されたＰ，Ｓ偏光光は、液晶
セル１１への電圧のＯＮ，ＯＦＦによりＳ及びＰ偏光光
軸方向を９０°左に回転、もしくはそのまま通過する。
このとき、偏光光軸の回転角を印加電圧値によってコン
トロールすることにより、偏光ビームスプリッタ１０に
より合波された光の（ファイバコリメータ１２もしくは
１３の）出射光量を減衰できる。

【０００７】すなわち、９０°ツイストネマチック液晶
セル１１は、図４で示すように、そのしきい電圧値は、
約４Ｖ、およびその飽和電圧値は、約１５Ｖであり、こ
の電圧値の間で印加電圧値を制御することにより、光の
減衰量を変化させることができる。

【０００８】具体的には、９０°ツイストネマチック液
晶セル１１の場合、電圧ＯＦＦ時には、ファイバコリメ
ータ８から入射した光は、ファイバコリメータ１３へ１
００％出射するが、電圧ＯＮ時のファイバコリメータ１
２への出射光量は、４Ｖｐｐから増加し（その分、ファ
イバコリメータ１３への出射光量は減衰する）、６Ｖｐ
ｐ付近で５０％に達し、１５Ｖｐｐで１００％に達す
る。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、液晶光
減衰器Ｂは、図４で明らかなように、しきい電圧値と飽
和電圧値との間での光の減衰量の変化は急峻であり、こ
のためこの間では精密な印加電圧のコントールを必要と
し、事実上光の減衰量のコントロールが困難である、と
言う課題を有している。

【００１０】そこで、本発明は、精密な電圧制御をする
こと無く、光の減衰量のコントロールを可能にする液晶
光減衰器を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】前記した目的を達成する
ため、請求項１に記載の発明は、外部から入射する光を
Ｐ偏光とＳ偏光とに分離する偏光分離手段と、この偏光
分離手段で分離されたＰ偏光とＳ偏光が共に入射する液
晶素子と、この液晶素子を通ったＰ偏光とＳ偏光を共に
入射させると共に合波して外部へ出射する偏光合成手段
とを備えた液晶光減衰器において、前記液晶素子は、独
立して印加電圧値を可変できる４５°ツイストネマチッ
ク液晶セルを、１枚で、あるいは２枚以上積層して構成
したことを特徴とする。

【００１２】このため、請求項１に記載の発明では、液
晶素子を、１枚の４５°ツイストネマチック液晶セルで
構成したときには、９０°ツイストネマチック液晶セル
よりも穏和な減衰曲線に従って、出射光量の減衰を０〜
５０％まで制御することができ、２枚以上の４５°ツイ
ストネマチック液晶セルを積層して構成したときには、
各液晶セルにそれぞれ光の減衰量を分担させることがで
き、これにより一層穏和な減衰曲線が得られる。

【００１３】また、請求項２に記載の発明は、請求項１
に記載の液晶光減衰器であって、前記偏光合成手段は、
出射部を２箇所に設けて構成されており、かつ前記２箇
所の出射部の内、一の出射部からの出射光の光量を測定
すると共に、この測定値に基づいて他の出射部から出射
する光の減衰量を制御するようにしたことを特徴とす
る。

【００１４】このため、請求項２に記載の発明では、光
の減衰量を確認しながらコントロールすることができ
る。

【００１５】また、請求項３に記載の発明は、請求項１
または２に記載の液晶光減衰器であって、前記積層され
る２枚以上の４５°ツイストネマチック液晶セルは、し
きい値付近になるように設定される液晶セルと、飽和値
付近になるように設定される液晶セルとを少なくとも含
んで構成されることを特徴とする。

【００１６】このため、請求項３に記載の発明では、出
射光量の減衰を０〜１００％まで制御することができ
る。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。

【００１８】図１は、本発明の一実施形態としての液晶
光減衰器Ａを示す。この液晶光減衰器Ａは、その基本構
成が前述した従来の液晶光減衰器Ｂと同様に、外部から
入射する光をＰ偏光とＳ偏光とに分離する偏光分離手段
２と、この偏光分離手段２で分離されたＰ偏光とＳ偏光
が共に入射する液晶素子５０と、この液晶素子５０を通
ったＰ偏光とＳ偏光を共に入射させると共に合波して外
部へ出射する偏光合成手段３とを備えて構成されてい
る。

【００１９】このとき液晶素子５０は、１枚の４５°ツ
イストネマチック液晶セルで構成することもできるが、
この場合は、９０°ツイストネマチック液晶セルよりも
穏和な減衰曲線に従って、出射光量の減衰を０〜５０％
まで制御することができるが、好ましくは０〜１００％
の制御を可能にするため本実施形態のように、相互に独
立して印加電圧値を可変できる２枚の４５°ツイストネ
マチック液晶セル４，５を積層して構成される。

【００２０】具体的には、偏光分離手段２および偏光合
成手段３は、従来の液晶光減衰器Ｂと同様に、偏光ビー
ムスプリッタで構成されており、かつ偏光分離手段２へ
の光の出射手段としてファイバコリメータ１が設けられ
ると共に、偏光合成手段３の出射光の入射手段として、
偏光合成手段３の出射部３ａ，３ｂにそれぞれ対応させ
てファイバコリメータ６，７が設けられている。

【００２１】また、２枚の４５°ツイストネマチック液
晶セル４，５は、それぞれ相互に独立した回路５１ａ，
５１ｂを介して駆動電源５１に電気的に接続されてい
る。

【００２２】さらに好ましくは、液晶光減衰器Ａは、偏
光合成手段３の２箇所の出射部３ａ，３ｂの内、一の出
射部３ｂ（または３ａ）からの出射光の光量を測定する
と共に、この測定値に基づいて他の出射部３ａ（または
３ｂ）から出射する光の減衰量を制御するように構成さ
れる。

【００２３】具体的には液晶光減衰器Ａは、本実施形態
のように、出射部３ａに対応して設けられたファイバコ
リメータ７に光量を測定するパワーメータ５２を直結し
て構成される。

【００２４】このように液晶光減衰器Ａは、図１に示す
ように、赤外域波長光をファイバコリメータ１より入射
し、偏光分離手段２によりＰ，Ｓ偏光光にそれぞれ分離
し、２枚の４５°ツイストネマチック液晶セル４，５を
通過した後、偏光合成手段３により再び合波された光が
ファイバコリメータ６，７に出射されるようにそれぞれ
配置されている。

【００２５】このとき液晶光減衰器Ａは、４５°ツイス
トネマチック液晶セル４および５への印加電圧値を別々
にコントロールすることによりファイバコリメータ６お
よび７への出射光量をコントロールすることができる。

【００２６】また、液晶光減衰器Ａは、出射光量をコン
トロールする際、ファイバコリメータ７に直結したパワ
ーメータ５２により、光の減衰量を確認することによ
り、ファイバコリメータ６に入射する光の増加量を、確
認しながらコントロールすることができる。逆に、パワ
ーメータ５２をファイバコリメータ６に直結したとき
は、前記と同様にしてファイバコリメータ６に入射する
光の増加量を確認しながら、ファイバコリメータ７の光
の減衰量をコントロールすることができる。

【００２７】図２（ａ）および（ｂ）は、液晶光減衰器
Ａを用いた一実験結果を示す。この実験結果は、ファイ
バコリメータ１を出射した光が、ファイバコリメータ６
および７に達したときの透過光量（出射光量）をパワー
メータ５２により測定した結果を示している。

【００２８】すなわち、図２（ａ）および（ｂ）におい
て、曲線ａ，ｃは、液晶素子５０を構成する２枚の４５
°ツイストネマチック液晶セル４，５の内、入射側の液
晶セル４にのみ電圧を０〜２０Ｖｐｐ印加したとき（出
射側の液晶セル５は、ＯＦＦ）の透過光量を示し、曲線
ｂ，ｄは、入射側の液晶セル４に２０Ｖｐｐ印加した状
態で、出射側の液晶セル５に対して電圧を０〜２０Ｖｐ
ｐ印加したときの透過光量を示している。そして、図２
（ａ）では、縦軸に透過光量（ｄＢｍ）、図２（ｂ）で
は縦軸に透過光量（％）をそれぞれ目盛って示してい
る。以下、図２（ａ）および（ｂ）に基づいて液晶光減
衰器Ａの作動を説明する。

【００２９】液晶光減衰器Ａにおいて、２枚の液晶セル
４，５に電圧を印加しないときは、ファイバコリメータ
１より入射した光は、ファイバコリメータ７へ１００％
出射する。このとき、ファイバコリメータ６への出射
は、０％である。

【００３０】この状態から、液晶セル４のみに電圧を加
える。このときの結果を、図２（ａ）の曲線ａおよび図
２（ｂ）の曲線ｃで示す。この場合、印加電圧値が２Ｖ
ｐｐから徐々にファイバコリメータ７への出射光量が減
衰し、その分ファイバコリメータ６への出射光量が増加
し、１９Ｖｐｐでファイバコリメータ６および７への出
射光量が、共に５０％となって等しくなる。

【００３１】次に、液晶セル４の印加電圧を２０Ｖｐｐ
に固定し、液晶セル５に電圧を加える。このときの結果
を、図２（ａ）の曲線ｂおよび図２（ｂ）の曲線ｄで示
す。この場合、ファイバコリメータ７への出射光量は、
液晶セル５への印加電圧値が高くなるにつれて、５０％
から更に減衰し、その分ファイバコリメータ６への出射
光量が増加する。すなわち、ファイバコリメータ６への
出射光量は、液晶セル５への印加電圧値が２Ｖｐｐから
徐々に増加し、１７Ｖｐｐで１００％に達する（このと
きファイバコリメータ７への出射光量は、０％であ
る）。

【００３２】このように、液晶光減衰器Ａでは、液晶セ
ル４で２〜１９Ｖｐｐ、液晶セル５で更に２〜１７Ｖｐ
ｐ電圧印加することで、ファイバコリメータ７への出射
光量を１００％減衰することができる。これに対し、従
来の液晶光減衰器Ｂでは、図４に示すように、１００％
の減衰量に対して印加する電圧は、４〜１５Ｖｐｐであ
る。つまり、液晶光減衰器Ａは、従来の液晶光減衰器Ｂ
に比べ単位印加電圧当たりの減衰量は、約１／３とな
り、このため印加電圧の精密な制御を必要としないで、
精密な減衰量の調整が可能となる。

【００３３】また、液晶光減衰器Ａは、液晶セル４が、
しきい値付近になるように設定され、液晶セル５が、飽
和値付近になるように設定されているので、出射光量の
減衰を０〜１００％まで制御することができる。

【００３４】例えば、液晶光減衰器Ａは、電圧を印加し
ないときのファイバコリメータ６への出射光量は、０％
であるが、前記出射光量を７０％に設定したい場合、ま
ず液晶セル４への印加電圧を９Ｖｐｐに固定する。この
ときの前記出射光量は、３２％で、さらに液晶セル５へ
８Ｖｐｐの電圧を印加すると、約７０％に達する（図２
（ｂ）参照）。このとき液晶セル５への印加電圧を７〜
１２Ｖｐｐの間で変化させることで±５％の光量調整が
可能になる（図２（ｂ）参照）。

【００３５】また、液晶素子５０は、３枚以上の液晶セ
ルを積層して構成することもでき、このときには、各液
晶セルにそれぞれ光の減衰量を分担させることができ、
これにより一層穏和な減衰曲線が得られ、これにより減
衰量のさらなる微調整が可能となる。

【００３６】さらに、パワーメータ５２により測定した
結果をモニターすることにより、反対側（ファイバコリ
メータ６）の光の減衰量を確認しながら調整することが
でき、これにより一層精確な光の減衰量のコントロール
が可能となる。すなわち、パワーメータ５２の読みが、
目的値と一致するように、しきい値付近に設定した液晶
セル４および飽和値付近に設定した液晶セル５の調整を
行う。

【００３７】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、次
の効果を奏することができる。

【００３８】すなわち、請求項１に記載の発明によれ
ば、液晶素子を、１枚の４５°ツイストネマチック液晶
セルで構成したときには、９０°ツイストネマチック液
晶セルよりも穏和な減衰曲線に従って、出射光量の減衰
を０〜５０％まで制御することができ、２枚以上の４５
°ツイストネマチック液晶セルを積層して構成したとき
には、各液晶セルにそれぞれ光の減衰量を分担させるこ
とができ、これにより一層穏和な減衰曲線が得られ、こ
れにより精密な電圧制御を要すること無く、光の減衰量
のコントロールを可能にする液晶光減衰器を提供するこ
とができる。

【００３９】また、請求項２に記載の発明によれば、偏
光合成手段の２箇所の出射部の内、一の出射部からの出
射光の光量を測定すると共に、この測定値に基づいて他
の出射部から出射する光の減衰量を制御するようにした
ので、光の減衰量を確認しながらコントロールすること
ができ、これにより請求項１に記載の発明の効果に加え
て、一層精確な光の減衰量のコントロールが可能とな
る。

【００４０】また、請求項３に記載の発明によれば、出
射光量の減衰を０〜１００％まで制御することができ、
これにより請求項１または２に記載の発明の効果に加え
て、制御範囲の拡大化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態としての液晶光減衰器の模
式図である。

【図２】図１の液晶光減衰器を用いた一実験結果として
の光減衰曲線を示すグラフで、（ａ）は、透過光量の単
位を［ｄＢｍ］で表示し、（ｂ）は、透過光量の単位を
［％］で表示してある。

【図３】従来の液晶光減衰器の模式図である。

【図４】図３の液晶光減衰器の減衰曲線を示すグラフで
ある。

【符号の説明】

２偏光分離手段３偏光合成手段３ａ，３ｂ出射部（偏光合成手段の）４，５４５°ツイストネマチック液晶セル５０液晶素子Ａ液晶光減衰器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】外部から入射する光をＰ偏光とＳ偏光と
に分離する偏光分離手段と、この偏光分離手段で分離さ
れたＰ偏光とＳ偏光が共に入射する液晶素子と、この液
晶素子を通ったＰ偏光とＳ偏光を共に入射させると共に
合波して外部へ出射する偏光合成手段とを備えた液晶光
減衰器において、前記液晶素子は、独立して印加電圧値を可変できる４５
°ツイストネマチック液晶セルを、１枚で、あるいは２
枚以上積層して構成したことを特徴とする液晶光減衰
器。
【請求項２】請求項１に記載の液晶光減衰器であっ
て、前記偏光合成手段は、出射部を２箇所に設けて構成され
ており、かつ前記２箇所の出射部の内、一の出射部から
の出射光の光量を測定すると共に、この測定値に基づい
て他の出射部から出射する光の減衰量を制御するように
したことを特徴とする液晶光減衰器。
【請求項３】請求項１または２に記載の液晶光減衰器
であって、前記積層される２枚以上の４５°ツイストネマチック液
晶セルは、しきい値付近になるように設定される液晶セ
ルと、飽和値付近になるように設定される液晶セルとを
少なくとも含んで構成されることを特徴とする液晶光減
衰器。