JP3810460B2 - 光学装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は光学装置、更に詳しくは動的に光の位相を変調して光学系の光学収差を取り除く光学装置や、動的に光の位相を変調する事で実時間で光学的パターン認識や光インターコネクション、ホログラムディスプレーなどの光学的情報処理を行う光学装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来は光波の位相のみを変調する光学装置には、固体光学結晶や液晶分子が捻られていない平行配向型液晶素子などを用いた空間光変調素子が使用された。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
固体結晶は外部電界に対する感度が著しく低いため、その動作においては数百から数千ボルト以上の高電圧が必要とされる。そこで最近では動作電圧が数ボルト程度である液晶素子が使用されている。しかし一般的に使用されているディスプレー用の液晶は液晶分子が捻られているため、光波の位相だけでなく光の振幅まで変調されてしまう。そこで液晶分子の捻られていない平行配向型液晶を用いるのが理想であるが、一般には市販されていない。また液晶分子が捻られていないため外部電界に対する応答特性が比較的低いので、液晶テレビのような時分割駆動を行いにくい。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するために、光源と光源からの光を分ける半透過鏡と半透過鏡を透過した光波を変調する空間光変調素子と空間光変調素子で変調された光波を元の方向に反射する位相共役鏡から構成される光学装置を考案した。
【０００５】
【発明の実施の形態】
本発明における実施の形態を示す前に本発明の理解を手助けするため、位相共役鏡に関してその効果を簡単に説明する。位相共役鏡の原理等詳しくは例えば応用物理学会誌９５年６４巻第５号４７６から４７７ページを、液晶素子を用いた位相変調の原理に関しては著者論文 "Journal of Electronic Imaging” ９３年第２巻第２号９３から９９ページを参照されたい。
【０００６】
図１（ａ）は通常の鏡１０１による光波の反射の様子を示したもので、よく知られるように反射光１０５の位相は入射光１０３に比べ半波長だけずれてしまう。図１（ｂ）は位相共役鏡１０７による光波の反射の様子を示したもので、入射光と反射光は同位相となる。この時、一般には位相共役鏡１０７を動作させるためにはポンプ光１０９が必要であるが自己励起型位相共役鏡の場合はポンプ光１０９は不要である。
【０００７】
図２に本発明による実施例を示す。レーザ光源２０１を出射したレーザ光２０３は直線偏光素子２０５により直線偏光にされる。該直線偏光の一部は半透過鏡２０７を透過し９０度TN型液晶素子２０９に入射する。このさい入射直線偏光２１１の偏光軸は液晶素子２０９の入射側液晶分子の配向軸と一致させるとより精度の高い位相変調が可能となる。この時、液晶素子２０９を出射した光はよく知られるように入射直線偏光２１１と比べ90度傾いた直線偏光となる。
【０００８】
この際、液晶素子２０９に充分高い電界を光軸２１３の方向に印加すると液晶分子は光軸２１３方向に沿って並ぶため出射直線偏光２１５の偏光軸は保存され入射直線偏光２１１の偏光軸と同じになる。中間状態の電界を印加すると出射直線偏光２１５は入射直線偏光２１１と比べ偏光軸はθ（θは０度以上９０度以下）だけ傾く。この時、従来技術と同様に液晶分子の誘電異方性により液晶素子中を通過する光の光学光路長が変わるため、液晶素子２０９に印加する電界強度に応じた光の位相変調が行われる。
【０００９】
液晶素子２０９を通過した出射直線偏光２１５は位相共役鏡２１７により反射される。位相共役鏡２１７はポンプ光２１９により励起されるが、始めに述べた様に自己励起型の場合はポンプ光は不要である。位相共役鏡２１７を反射した反射光２２１は反射の前後で位相変化がないため、光学逆進原理より液晶素子２０９を逆行して出射した光は常に直線偏光２２３となり、その偏光軸は入射直線偏光２１１の偏光軸と一致する。すなわち液晶素子２０９による位相変調に伴う偏光軸の回転が常に補正され、ほぼ純粋に光波の位相変調が行われる。位相変調された直線偏光２２３は信号光２２５として半透過鏡２０７により取り出される。
【００１０】
図３は本発明による別の実施例である。基本的には図２の装置と同じであるが液晶素子として複屈折性を持った複屈折型液晶素子３０９が使用される。複屈折型液晶素子３０９を透過した入射直線偏光３１１は一般に楕円偏光３１５となる。位相共役鏡３１７で反射した反射光３２１は反射の前後で位相変化が生じないため楕円偏光３１５と同一の楕円偏光となる。よって前記と同様に光学逆進原理より常に入射直線偏光３１１と同一の偏光軸を持った直線偏光３２３で、複屈折性液晶素子３０９により位相変調された信号光３２５が取り出せる。尚、図２、図３において入射光と反射光の光路は重なるが図を見やすくするため意識的にずらしてある。
【００１１】
【発明の効果】
以上述べてきたように本発明による光学装置を用いれば従来不可能であった偏光軸の回転を伴う旋光性や複屈折性を持った光学素子を用いて位相変調のみを行う事が可能となる。また本装置においては往復光路を用いているため位相変調量が２倍になる利点も生じる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の理解を手助けするための図である。
【図２】本発明による位相共役鏡を用いた位相変調光学装置の実施例を表した図である。
【図３】本発明による位相共役鏡を用いた位相変調光学装置の別の実施例を表した図である。
【符号の説明】
１０１ 鏡
１０３ 入射光
１０５、２２１、３２１ 反射光
１０７、２１７、３１７ 位相共役鏡
１０９、２１９、３１９ ポンプ光
２０１、３０１ レーザ光源
２０３、３０３ レーザ光
２０５、３０５ 直線偏光素子
２０７、３０７ 半透過鏡
２０９ ９０度ＴＮ型液晶素子
３０９ 複屈折型液晶素子
２１１、３１１ 入射直線偏光
２１３、３１３ 光軸
２１５ 出射直線偏光
３１５ 楕円偏光
２２３、３２３ 直線偏光
２２５、３２５ 信号光
Claims (1)
- 光源と該光源により照明された半透過鏡と前記光源と前記半透過鏡との間に前記光源を出射した光を直線偏光とする直線偏光素子と前記半透過鏡を出射した光波により照明された空間光変調素子と該空間光変調素子を出射した光波を反射する反射鏡とを備え、前記空間光変調素子は９０度TN型液晶素子からなり、該９０度 TN 型液晶素子は入射する入射直線偏光の偏光軸と入射側液晶分子の配向軸とが一致するように配置され、前記反射鏡は前記９０度 TN 型液晶素子を出射した光波を元の方向に反射する自己励起型位相共役鏡からなり、該自己励起型位相共役鏡で反射した反射光を再度前記９０度 TN 型液晶素子に入射させることによって、前記９０度 TN 型液晶素子による位相変調に伴う偏光軸の回転を常に正しく補正した事を特徴とする光学装置。
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|---|---|---|---|
| JP28824795A JP3810460B2 (ja) | 1995-11-07 | 1995-11-07 | 光学装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28824795A JP3810460B2 (ja) | 1995-11-07 | 1995-11-07 | 光学装置 |
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Family
ID=17727745
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28824795A Expired - Fee Related JP3810460B2 (ja) | 1995-11-07 | 1995-11-07 | 光学装置 |
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1995
- 1995-11-07 JP JP28824795A patent/JP3810460B2/ja not_active Expired - Fee Related
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