JP5974775B2 - Reflective liquid crystal phase modulation device, reflective liquid crystal phase modulation system - Google Patents

Reflective liquid crystal phase modulation device, reflective liquid crystal phase modulation system Download PDF

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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。   The present invention relates to a reflective liquid crystal phase modulation device and a reflective liquid crystal phase modulation system that modulates the phase of light using liquid crystal.

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。   Conventionally, as this type of liquid crystal phase modulation device, for example, the one described in Patent Document 1 shown below is known. In the apparatus described in Patent Document 1, the phase of outgoing light is modulated with respect to incident light by changing the refractive index of a reflective liquid crystal element that returns outgoing light to the incident light side.

特開2008−122856号公報JP 2008-122856 A

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。   In the conventional liquid crystal phase modulation device, the voltage value applied to the liquid crystal element is changed to generate phase modulation of at least 2π with respect to the wavelength of incident light. For this reason, it is necessary to make the liquid crystal layer have a certain thickness or more. That is, if the thickness of the liquid crystal layer is increased, the phase modulation amount can be set large, and a sufficient phase modulation amount of 0 to 2π can be secured.

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。   On the other hand, the time until the liquid crystal reaches a certain amount of phase modulation with respect to the change in the voltage applied to the liquid crystal layer is generally proportional to the square of the thickness of the liquid crystal layer. For this reason, when the thickness of the liquid crystal layer is increased in order to ensure a sufficient amount of phase modulation of 0 to 2π, there is a problem that the response speed of the phase modulation becomes slow.

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。   An object of the present invention is to provide a reflection type liquid crystal phase modulation device and a reflection type liquid crystal phase modulation system in which a phase difference of 0 to 2π is secured and the response speed of phase modulation is increased.

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。 The present invention includes a liquid crystal sandwiched and sealed between a transparent electrode and a reflective electrode, and the liquid crystal includes a first liquid crystal in which a light distribution axis in a major axis direction of the liquid crystal is parallel to a polarization axis of light in a first polarization direction. A second liquid crystal region (12-2) having a region (12-1) and a light distribution axis in the major axis direction of the liquid crystal parallel to the polarization axis of the light in the second polarization direction; 1 the polarization direction of light transmitted through the first liquid crystal region, the light in the first polarization direction transmitted by passing through the first liquid crystal region again reflected by the reflective electrode and emitted from the transparent electrode, the transparent transmits light is the second liquid crystal region in the second polarization direction is incident from the electrode, from the transmitted second said polarization direction of light transmitted through the second liquid crystal region again reflected by the reflective electrode transparent electrode the emitted, the reflective reciprocating light at a first liquid crystal region and the second liquid crystal region crystal phase modulator section ( 2), the incident light is transmitted or reflected and emitted to the first liquid crystal region of the reflective liquid crystal phase modulator, and the light transmitted through the first liquid crystal region of the reflective liquid crystal phase modulator is reflected by the reflective electrode. Then, the first polarized light that is transmitted through the first liquid crystal region again, is incident on the light transmitted through the first liquid crystal region and exits from the reflective liquid crystal phase modulation unit, and is transmitted through or reflected from the incident light. A beam splitter (13-1) transmits light that is transmitted or reflected to the second liquid crystal region of the reflective liquid crystal phase modulator, and passes through the second liquid crystal region of the reflective liquid crystal phase modulator. The light reflected by the reflective electrode is transmitted again through the second liquid crystal region, the light transmitted through the second liquid crystal region and emitted from the reflective liquid crystal phase modulator is incident, and the incident light is transmitted or reflected. A second polarizing beam splitter (13-2) that emits; Provided between the reflective liquid crystal phase modulator and the first polarization beam splitter, and between the reflective liquid crystal phase modulator and the second polarization beam splitter, and the first polarization beam splitter or the second polarization beam. A voltage is transmitted between the transparent electrode and the reflective electrode, and a quarter-wave plate (14) that transmits light reciprocating between the beam splitter and the reflective liquid crystal phase modulator and changes the polarization direction of the light. by supplying the voltage supply unit for applying a predetermined voltage between the liquid crystal (16) and have a incident light emitted from the first polarizing beam splitter to said second polarization beam splitter, the first There is a phase difference between the light in the first polarization direction incident on the liquid crystal region and the light in the first polarization direction emitted from the second liquid crystal region according to the voltage applied to the liquid crystal by the voltage supply unit. resulting be characterized by Rukoto A reflective liquid crystal phase modulation device is provided.

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。   In the reflection-type liquid crystal phase modulation device according to the present invention, it is preferable that the reflection-type liquid crystal phase modulation apparatus includes a reflecting mirror that reflects the light emitted from the first polarization beam splitter and emits the light to the second polarization beam splitter.

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。   According to the present invention, in the reflection type liquid crystal phase modulation device, the reflection type liquid crystal phase modulation device preferably has the same polarization direction of incident light and outgoing light.

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。

The present invention includes a plurality of the reflection type liquid crystal phase modulation devices, and the plurality of reflection type liquid crystal phase modulation devices are formed on a common semiconductor substrate, and one of the plurality of reflection type liquid crystal phase modulation devices. The light emitted from the second polarization beam splitter of the phase modulation device is given as incident light to the first polarization beam splitter of any one of the plurality of reflection type liquid crystal phase modulation devices. A reflective liquid crystal phase modulation system is provided.

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。   According to the reflection type liquid crystal phase modulation device or the reflection type liquid crystal phase modulation system of the present invention, it is possible to improve the response time of phase modulation that gives a phase to the outgoing light with respect to the incident light.

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。It is a figure which shows the structure of the reflection type liquid crystal phase modulation apparatus which concerns on 1st Embodiment of this invention. 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。It is a figure for demonstrating the optical path of the reflection type liquid crystal phase modulation apparatus which concerns on 1st Embodiment of this invention. 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。It is a figure for demonstrating the structure and optical path of the reflection type liquid crystal phase modulation system which concern on 2nd Embodiment of this invention. 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。It is a figure which shows the structure of the reflection type liquid crystal phase modulation apparatus which concerns on 3rd Embodiment of this invention. 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。It is a figure for demonstrating the optical path of the reflection type liquid crystal phase modulation apparatus which concerns on 3rd Embodiment of this invention. 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。It is a figure for demonstrating the structure and optical path of the reflection type liquid crystal phase modulation system which concern on 4th Embodiment of this invention.

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。   Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.

(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。
(First embodiment)
With reference to FIG. 1, a configuration of a reflective liquid crystal phase modulation device according to a first embodiment of the present invention will be described. In FIG. 1, the reflective liquid crystal phase modulator 11 includes a reflective liquid crystal phase modulator 12, a first polarizing beam splitter 13-1, and a second polarizing beam splitter 13-2. The reflective liquid crystal phase modulation device 11 includes a quarter wavelength plate 14, a reflecting mirror 15, and a voltage supply unit 16.

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。   The reflective liquid crystal phase modulator 12 is composed of a reflective liquid crystal element formed on a single semiconductor substrate, and is a liquid crystal sandwiched and sealed between a transparent electrode (not shown) and a reflective electrode (not shown). (Not shown). The liquid crystal constituting the reflective liquid crystal phase modulation unit 12 includes a first liquid crystal region 12-1 in which the light distribution axis in the major axis direction of the liquid crystal is parallel to the polarization axis of light in the first polarization direction, and the major axis direction of the liquid crystal. A second liquid crystal region 12-2 having a light distribution axis parallel to the polarization axis of the light in the second polarization direction;

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。   Here, light that is polarized in a specific direction and that is linearly polarized light in the Y-axis direction with respect to the incident direction of the light is S-polarized light, and that is perpendicular to the Y-axis direction with respect to the incident direction. The linearly polarized light is P-polarized light. That is, assuming that the direction perpendicular to the light incident surface is the Z-axis direction, the light in the Y-axis direction is S-polarized light, and the light in the X-axis direction is P-polarized light. In the first and second embodiments, light in the first polarization direction is S-polarized light, and light in the second polarization direction is P-polarized light.

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。   The reflective liquid crystal phase modulation unit 12 transmits the light in the first polarization direction incident from the transparent electrode through the first liquid crystal region 12-1, reflects the transmitted light in the first polarization direction on the reflection electrode, and then first again. The light passes through the liquid crystal region 12-1 and exits from the transparent electrode. The reflection-type liquid crystal phase modulation unit 12 transmits the light in the second polarization direction incident from the transparent electrode through the second liquid crystal region 12-2, reflects the transmitted light in the second polarization direction by the reflection electrode, and returns to the second state. The light passes through the liquid crystal region 12-2 and is emitted from the transparent electrode.

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。   In all of the embodiments of the present invention, light entering and exiting the liquid crystal enters and exits substantially perpendicularly to the entrance and exit surface where the light enters and exits the liquid crystal.

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。   In this way, the light is reciprocated in two different liquid crystal regions, the first liquid crystal region 12-1 and the second liquid crystal region 12-2, and the second liquid crystal region 12 with respect to the light incident on the first liquid crystal region 12-1. A phase difference is given to the light emitted from -2.

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。   The reflective liquid crystal element used here preferably uses a nematic liquid crystal. Nematic liquid crystals are classified into horizontal alignment (homogeneous alignment) and vertical alignment (homeotropic alignment). In the horizontal alignment, the major axis direction of the liquid crystal molecules is substantially parallel to the transparent electrode surface when no voltage is applied. In the vertical alignment, the major axis direction of the liquid crystal molecules is substantially perpendicular to the transparent electrode surface when no voltage is applied. A liquid crystal material having a positive dielectric anisotropy (Δε> 0) is used for horizontal alignment, and a negative dielectric anisotropy (Δε <0) is used for vertical alignment.

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。   In addition, the liquid crystal layer of the reflective liquid crystal element in each embodiment of the present invention may be either horizontal alignment or vertical alignment. In the case of vertical alignment, when a voltage is applied to the liquid crystal and the voltage is equal to or higher than a certain voltage value, the major axis direction of the liquid crystal is aligned in one direction along the transparent electrode surface. Accordingly, in the horizontal alignment and the vertical alignment, in the state where no voltage is applied, the direction of the major axis direction of the liquid crystal molecules changes depending on the voltage value applied to the liquid crystal layer. However, the horizontal alignment and the vertical alignment are only the relationship between the magnitude of the voltage value and the direction of the major axis direction of the liquid crystal molecules is reversed, and both have a function of modulating the phase of incident light.

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。   In the following description of the embodiments, the case where the liquid crystal layer is vertically aligned will be described. Further, the alignment directions of the pair of vertical alignment films are configured to be antiparallel to each other.

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。   The reflective liquid crystal element is composed of a plurality of pixels, and can independently give an arbitrary voltage value to each pixel. However, the maximum value of the voltage that can be applied to each pixel is determined by the design breakdown voltage of the reflective liquid crystal element and the configuration on the voltage supply side, and is generally about 4 V, for example. With this voltage value as the upper limit, an arbitrary phase difference can be given to the outgoing light with respect to the incident light in each pixel according to the voltage applied to the liquid crystal.

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。   Here, the phase difference provided by the reflective liquid crystal phase modulator 12 composed of the reflective liquid crystal element will be described.

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。   The phase difference Δφ1 of the emitted light between when the voltage is applied to the liquid crystal of the reflective liquid crystal element formed on one semiconductor substrate and when it is not applied is expressed by the following equation (1). That is, incident light is transmitted through the liquid crystal to which a predetermined voltage is applied, the transmitted light is reflected by the reflective electrode, is transmitted through the liquid crystal again, is emitted, and the light reciprocates once within the liquid crystal, thereby making the incident light In contrast, a phase difference of Δφ1 is given to the emitted light.

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。
Δφ1 = 2 × Δn × d × 2π / λ (1)
In the above formula (1), the thickness of the liquid crystal is d, the wavelength of incident light is λ, and the refractive index anisotropy when a predetermined voltage is applied to the liquid crystal is Δn. The refractive index anisotropy Δn is (ne−no), where ne is the refractive index in the major axis direction of the liquid crystal and no is the refractive index in the minor axis direction of the liquid crystal.

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。   In the device of the first embodiment, the liquid crystal of the reflective liquid crystal element formed on one semiconductor substrate is divided into two liquid crystal regions, a first liquid crystal region 12-1 and a second liquid crystal region 12-2. ing. With this configuration, the phase difference Δφ2 when light reciprocates once in the first liquid crystal region 12-1 and reciprocates in the first liquid crystal region 12-1 once in the second liquid crystal region is Is represented by the following equation (2).

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。
Δφ2 = 4 × Δn × d × 2π / λ (2)
The above equation (2) indicates that a phase difference twice as large as that of the above equation (1) is given.

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。   In this way, when the light is reciprocated in each of the two liquid crystal regions formed on one semiconductor substrate, the thickness d of the liquid crystal is the same as compared with the case where the light reciprocates once in one liquid crystal region. In this case, a double phase difference is obtained. In other words, in order to obtain the same phase difference, it can be seen that the thickness d of the liquid crystal may be ½.

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。   In the first embodiment, a configuration in which a reflective liquid crystal element is divided into two liquid crystal regions is employed. Therefore, it is sufficient that the phase modulation control in the range of 0 to 2π can be performed on the outgoing light with respect to the incident light at the maximum voltage that can be applied to the liquid crystal. That is, in one liquid crystal region, the thickness d of the liquid crystal is set so that the phase modulation control in the range of 0 to π can be performed on the outgoing light with respect to the incident light at the maximum voltage that can be applied to the liquid crystal.

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。   The first polarizing beam splitter 13-1 is disposed to face the first liquid crystal region 12-1 of the reflective liquid crystal phase modulation unit 12. The first polarization beam splitter 13-1 has a polarization separation surface 13-1a formed along a rectangular diagonal line.

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。   The first polarization beam splitter 13-1 transmits or reflects incident light at the polarization separation surface 13-1a. That is, the first polarization beam splitter 13-1 reflects S-polarized incident light of incident light by 90 degrees and transmits P-polarized incident light. The first polarizing beam splitter 13-1 reflects incident light by 90 degrees and emits the incident light to the first liquid crystal region 12-1 of the reflective liquid crystal phase modulation unit 12. The first polarizing beam splitter 13-1 receives the light transmitted through the first liquid crystal region 12-1 and emitted from the reflective liquid crystal phase modulator 12, and transmits the incident light to emit.

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。   The second polarizing beam splitter 13-2 is disposed to face the second liquid crystal region 12-2 of the reflective liquid crystal phase modulation unit 12. The second polarization beam splitter 13-2 has a polarization separation surface 13-2a formed along a rectangular diagonal line.

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。   The second polarization beam splitter 13-2 transmits or reflects incident light at the polarization separation surface 13-2a. In other words, the second polarization beam splitter 13-2 reflects S-polarized incident light of incident light by 90 degrees and transmits P-polarized incident light. The second polarization beam splitter 13-2 transmits incident light and emits the incident light to the second liquid crystal region 12-2 of the reflective liquid crystal phase modulation unit 12. The second polarization beam splitter 13-2 receives the light transmitted through the second liquid crystal region 12-2 and emitted from the reflective liquid crystal phase modulation unit 12, and reflects and emits the incident light by 90 degrees.

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。   The quarter-wave plate 14 is disposed between the reflective liquid crystal phase modulator 12 and the first polarizing beam splitter 13-1 and between the reflective liquid crystal phase modulator 12 and the second polarizing beam splitter 13-2. Is done. The quarter-wave plate 14 has an optical axis inclined at an angle of 45 degrees with respect to incident light. As a result, the quarter-wave plate 14 transmits the light reciprocating between the first polarizing beam splitter 13-1 or the second polarizing beam splitter 13-2 and the reflective liquid crystal phase modulator 12, Change the polarization direction.

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。   That is, the quarter-wave plate 14 transmits the S-polarized light emitted from the first polarizing beam splitter 13-1, and the transmitted S-polarized light travels back and forth through the first liquid crystal region 12-1. The S-polarized light is changed to P-polarized light. The quarter-wave plate 14 transmits the P-polarized light emitted from the second polarizing beam splitter 13-2, and the transmitted P-polarized light travels back and forth through the second liquid crystal region 12-2. Thus, P-polarized light is changed to S-polarized light.

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。   The reflecting mirror 15 is composed of a triangular mirror. The reflecting mirror 15 is disposed on the opposite side to the side on which the quarter wavelength plate 14 is disposed with respect to the first polarizing beam splitter 13-1 and the second polarizing beam splitter 13-2. The reflecting mirror 15 is inclined at an angle of 45 degrees with respect to the first polarizing beam splitter 13-1 and the first reflecting surface 15-1 inclined at an angle of 45 degrees with respect to the second polarizing beam splitter 13-2. A second reflecting surface 15-2.

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。   The reflecting mirror 15 reflects the light emitted from the first polarizing beam splitter 13-1 by 90 degrees on the first reflecting surface 15-1, and then emits the light to the second reflecting surface 15-2. The reflecting mirror 15 reflects the light incident on the second reflecting surface 15-2 by 90 degrees and emits the light to the second polarizing beam splitter 13-2.

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。   The voltage supply unit 16 supplies a predetermined voltage to be applied to the liquid crystal of the reflective liquid crystal phase modulation unit 12. The voltage supply unit 16 supplies an arbitrary voltage individually and independently to the first liquid crystal region 12-1 and the second liquid crystal region 12-2 of the reflective liquid crystal phase modulation unit 12. The voltage supplied to the liquid crystal is set according to the phase difference to be obtained in each liquid crystal region with the maximum applied voltage determined by the breakdown voltage of the liquid crystal as an upper limit. The voltage supplied to the liquid crystal is preferably an alternating voltage in order to suppress liquid crystal burn-in.

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。   Next, with reference to FIG. 2, the optical path of the light in the reflective liquid crystal phase modulation device 11 and the phase difference given to the incident light will be described.

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-polarized light 21a, which is linearly polarized light in the Y-axis direction, and becomes incident light of the reflective liquid crystal phase modulation device 11 enters the first polarizing beam splitter 13-1. The light 21 a incident on the first polarization beam splitter 13-1 is reflected by 90 degrees on the polarization separation surface 13-1 a and is incident on the quarter-wave plate 14. The light 21b incident on the quarter-wave plate 14 is transmitted through the quarter-wave plate 14 to become circularly polarized light, and enters the first liquid crystal region 12-1 of the reflective liquid crystal phase modulation unit 12.

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。   The light 21b incident on the first liquid crystal region 12-1 composed of the liquid crystal having an alignment axis parallel to the S-polarized light is transmitted through the first liquid crystal region 12-1 and reflected by the reflective electrode. The light 21c reflected by the reflective electrode passes through the first liquid crystal region 12-1 again and is emitted from the reflective liquid crystal phase modulation unit 12. At this time, a predetermined voltage is applied to the first liquid crystal region 12-1 from the voltage supply unit 16, and the liquid crystal molecules are tilted according to the applied voltage value.

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。   Thus, the light reciprocates in the liquid crystal in the first liquid crystal region 12-1, so that the light 21b incident on the first liquid crystal region 12-1 is compared with the light 21c emitted from the first liquid crystal region 12-1. A phase difference can be given. That is, it becomes possible to give a phase difference in the range of 0 to π to the light 21b according to the voltage applied to the liquid crystal in the first liquid crystal region 12-1.

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。   The light 21c emitted from the first liquid crystal region 12-1 passes through the quarter wavelength plate 14. As a result, the light 21c changes to P-polarized light that is linearly polarized light in the X-axis direction. The light 21c changed to P-polarized light enters the first polarizing beam splitter 13-1. Since the light 21c is P-polarized light, it passes through the polarization separation surface 13-1a of the first polarization beam splitter 13-1. The transmitted light 21c is incident on the first reflecting surface 15-1 of the reflecting mirror 15.

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。   The light 21c incident on the first reflecting surface 15-1 is reflected by 90 degrees on the first reflecting surface 15-1. The reflected light 21d enters the second reflecting surface 15-2 of the reflecting mirror 15, and is reflected by 90 degrees on the second reflecting surface 15-2. The reflected light 21e is incident on the second polarizing beam splitter 13-2.

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。   The P-polarized light 21e incident on the second polarization beam splitter 13-2 passes through the polarization separation surface 13-2a and enters the quarter-wave plate 14. The light 21e incident on the quarter-wave plate 14 passes through the quarter-wave plate 14 and becomes circularly polarized light, and enters the second liquid crystal region 12-2 of the reflective liquid crystal phase modulation unit 12.

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。   The light 21e incident on the second liquid crystal region 12-2 composed of liquid crystal having an alignment axis parallel to the P-polarized light is transmitted through the second liquid crystal region 12-2 and reflected by the reflective electrode. The light 21 f reflected by the reflective electrode passes through the second liquid crystal region 12-2 again and is emitted from the reflective liquid crystal phase modulator 12. At this time, a predetermined voltage is applied to the second liquid crystal region 12-2 from the voltage supply unit 16, and the liquid crystal molecules are tilted according to the applied voltage value.

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。   Thus, the light reciprocates in the liquid crystal in the second liquid crystal region 12-2, so that the light 21e incident on the second liquid crystal region 12-2 is compared with the light 21f emitted from the second liquid crystal region 12-2. A phase difference can be given. That is, the phase difference in the range of 0 to π can be given to the light 21f with respect to the light 21e in accordance with the voltage applied to the liquid crystal in the second liquid crystal region 12-2.

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。   The light 21 f emitted from the second liquid crystal region 12-2 is transmitted through the quarter wavelength plate 14. As a result, the light 21f is changed to S-polarized light that is linearly polarized light in the Y-axis direction. The light 21f changed to S-polarized light enters the second polarizing beam splitter 13-2. Since the light 21f is S-polarized light, it is reflected by 90 degrees on the polarization separation surface 13-2a of the second polarization beam splitter 13-2. The reflected light 21 g is emitted from the second polarizing beam splitter 13-2 and becomes emitted light from the reflective liquid crystal phase modulator 11.

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。   In such an optical path, the phase difference of the light 21g emitted with respect to the light 21a incident on the reflective liquid crystal phase modulator 11 is equal to the phase difference given by the first liquid crystal region 12-1 and the second liquid crystal. This is the sum of the phase differences given in the region 12-2. Thereby, the reflection type liquid crystal phase modulation device 11 can give an arbitrary phase difference in the range of 0 to 2π with respect to the incident light according to the applied voltage of each liquid crystal region.

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。   Next, the response speed of phase modulation in the reflective liquid crystal phase modulator 11 will be described.

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。   In the above configuration, the phase modulation response speed was measured with the following measurement requirements. The incident light is, for example, S-polarized light having a wavelength of about 1550 nm. A polarizer that transmits only light at an angle of 45 degrees with respect to the X-axis direction orthogonal to the polarization direction of incident light is disposed on the outgoing light side of the reflective liquid crystal phase modulator 11. A temporal change in the amount of transmitted light when an AC voltage was applied to each liquid crystal region from the voltage supply unit 16 and when it was not applied was measured using a photodetector and an oscilloscope.

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。   Here, the response speed of the phase modulation is defined as the total of the time required for the light transmission amount to transition from about 10% to about 90% of the maximum value and the time required for the transition from about 90% to about 10%. Further, in order to ensure a phase difference of 0 to 2π, the liquid crystal thickness d in each liquid crystal region was set to about 5 μm. The refractive index anisotropy Δn of the liquid crystal in each liquid crystal region was about 0.12 (measurement wavelength 1550 nm). As a result of measuring the response speed of phase modulation under such measurement requirements, a response speed of about 45 msec was obtained.

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。   On the other hand, in a conventional configuration in which reflection type liquid crystal phase modulation is formed on one semiconductor substrate and light reciprocates once through the liquid crystal, the response time when obtaining the same phase difference as described above was measured. . As the measurement requirements, the same liquid crystal as that used in the above measurement was used, and the thickness d of the liquid crystal was about 10 μm. As a result of measuring the response speed of the phase modulation with such measurement requirements, the response speed was about 180 msec.

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。   As can be seen from the above measurement results, in the reflection type liquid crystal phase modulation device 11 according to the first embodiment, a sufficient phase difference of 0 to 2π can be secured and the response time of phase modulation can be improved.

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。   As described above, according to the first embodiment, two first liquid crystal regions 12-1 and second liquid crystal regions 12-2 having different light distribution axes of liquid crystals are provided on one semiconductor substrate, and the respective liquid crystals are provided. A configuration is adopted in which light travels back and forth in the region. Thereby, a sufficient phase difference of 0 to 2π can be secured without increasing the thickness d of the liquid crystal, and the response time of the phase modulation can be increased.

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。   In particular, the reflection type liquid crystal phase modulation device 11 according to the first embodiment has a long wavelength of light to be phase-modulated, and is an optical communication that requires a large phase difference with respect to light in a wavelength band of about 1550 nm, for example. It can use suitably for the phase modulation apparatus to be used.

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。   The light incident on the reflective liquid crystal phase modulation device 11 is substantially perpendicular to the incident surface on which the light enters the liquid crystal. Thereby, the influence of the birefringence dependency of the liquid crystal molecules is suppressed, the contrast ratio of the emitted light is high, and a precise phase pattern can be obtained.

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。   On the other hand, when the light has an angle with respect to the incident surface of the liquid crystal, it is easily affected by the birefringence dependency of the liquid crystal molecules, the contrast ratio of the emitted light is lowered, and a precise phase pattern is obtained. It becomes impossible.

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。   Since the device is constituted by one semiconductor substrate, the configuration can be reduced in size. In addition, since a polarizing beam splitter, a quarter wavelength plate, and a reflecting mirror are used, the apparatus can be easily configured.

(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。
(Second Embodiment)
With reference to FIG. 3, the configuration of a reflective liquid crystal phase modulation system according to a second embodiment of the present invention will be described. In FIG. 3, the reflective liquid crystal phase modulation system 31 of the second embodiment has the same liquid crystal as the first liquid crystal region 12-1 and the second liquid crystal region 12-2 of the first embodiment on a single semiconductor substrate. It is configured by forming four regions. That is, the reflection type liquid crystal phase modulation system 31 forms two reflection type liquid crystal phase modulation devices 11 of the first embodiment on one semiconductor substrate, and uses the emitted light of one device as the incident light of the other device. Composed. In FIG. 3, the same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.

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。   The reflection type liquid crystal phase modulation system 31 includes a first reflection type liquid crystal phase modulation device 31-1 and a second reflection type liquid crystal phase modulation device 31-2 having the same configuration as the reflection type liquid crystal phase modulation device 11 of the first embodiment. Prepare. The first reflection type liquid crystal phase modulation device 31-1 and the second reflection type liquid crystal phase modulation device 31-2 are configured by sharing the reflection type liquid crystal phase modulation unit 12 and the quarter wavelength plate. The light 21g emitted from the first reflective liquid crystal phase modulator 31-1 is given as incident light of the second reflective liquid crystal phase modulator 31-2.

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。   In the second embodiment, the liquid crystal of the reflective liquid crystal element formed on one semiconductor substrate is divided into four liquid crystal regions. With this configuration, the phase difference Δφ3 when light reciprocates in each of the four liquid crystal regions is expressed by the following equation (3).

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。
Δφ3 = 8 × Δn × d × 2π / λ (3)
The above equation (3) indicates that a phase difference four times that of the equation (1) shown in the first embodiment is given.

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。   In this way, when the light is reciprocated in each of the four liquid crystal regions formed on one semiconductor substrate, the thickness d of the liquid crystal is the same as compared with the case where the light reciprocates once in one liquid crystal region. In this case, a phase difference of 4 times is obtained. In other words, in order to obtain the same phase difference, the thickness d of the liquid crystal can be ¼.

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。   Next, with reference to FIG. 3, the optical path of the light in the reflective liquid crystal phase modulation system 31 and the phase difference given to the incident light will be described.

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-polarized light 21a, which is linearly polarized light in the Y-axis direction, and becomes incident light of the reflective liquid crystal phase modulation system 31 is incident on the first polarizing beam splitter 13-1 of the first reflective liquid crystal phase modulation device 31-1. To do. The light 21 a incident on the first polarization beam splitter 13-1 of the first reflective liquid crystal phase modulator 31-1 is reflected by 90 degrees on the polarization separation surface 13-1 a and is incident on the quarter-wave plate 14. The light 21b incident on the quarter-wave plate 14 is transmitted through the quarter-wave plate 14 and becomes circularly polarized light, and the light 21b of the reflective liquid crystal phase modulator 12 of the first reflective liquid crystal phase modulator 31-1 is used. 1 enters the liquid crystal region 12-1.

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。   The light 21b incident on the first liquid crystal region 12-1 composed of liquid crystal having an alignment axis parallel to the S-polarized light is transmitted through the first liquid crystal region 12-1 of the first reflective liquid crystal phase modulation device 31-1. Reflected by the reflective electrode. The light 21c reflected by the reflective electrode passes through the first liquid crystal region 12-1 again and is emitted from the reflective liquid crystal phase modulator 12 of the first reflective liquid crystal phase modulator 31-1. At this time, a predetermined voltage is applied to the first liquid crystal region 12-1 from the voltage supply unit 16, and the liquid crystal molecules are tilted according to the applied voltage value.

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。   As a result, the light reciprocates in the liquid crystal of the first liquid crystal region 12-1 of the first reflective liquid crystal phase modulation device 31-1, so that the first light 21b incident on the first liquid crystal region 12-1 is obtained. A phase difference can be given to the light 21c emitted from the liquid crystal region 12-1. That is, the light 21c can be given a phase difference in the range of 0 to π / 2 according to the voltage applied to the liquid crystal in the first liquid crystal region 12-1.

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。   The light 21 c emitted from the first liquid crystal region 12-1 of the first reflective liquid crystal phase modulation device 31-1 is transmitted through the ¼ wavelength plate 14. As a result, the light 21c changes to P-polarized light that is linearly polarized light in the X-axis direction. The light 21c changed to P-polarized light enters the first polarizing beam splitter 13-1 of the first reflective liquid crystal phase modulator 31-1. Since the light 21c is P-polarized light, it passes through the polarization separation surface 13-1a of the first polarization beam splitter 13-1. The transmitted light 21c is incident on the first reflecting surface 15-1 of the reflecting mirror 15 of the first reflective liquid crystal phase modulation device 31-1.

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。   The light 21c incident on the first reflecting surface 15-1 is reflected by 90 degrees on the first reflecting surface 15-1. The reflected light 21d enters the second reflecting surface 15-2 of the reflecting mirror 15, and is reflected by 90 degrees on the second reflecting surface 15-2. The reflected light 21e is incident on the second polarization beam splitter 13-2 of the first reflective liquid crystal phase modulator 31-1.

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。   The P-polarized light 21e incident on the second polarization beam splitter 13-2 of the first reflective liquid crystal phase modulator 31-1 passes through the polarization separation surface 13-2a and enters the quarter-wave plate 14. The light 21e incident on the quarter-wave plate 14 is transmitted through the quarter-wave plate 14 and becomes circularly polarized light, and the first light of the reflective liquid crystal phase modulator 12 of the first reflective liquid crystal phase modulator 31-1. 2 is incident on the liquid crystal region 12-2.

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。   The light 21e incident on the second liquid crystal region 12-2 composed of liquid crystal having an alignment axis parallel to the P-polarized light is transmitted through the second liquid crystal region 12-2 and reflected by the reflective electrode. The light 21f reflected by the reflective electrode passes through the second liquid crystal region 12-2 again and is emitted from the reflective liquid crystal phase modulator 12 of the first reflective liquid crystal phase modulator 31-1. At this time, a predetermined voltage is applied to the second liquid crystal region 12-2 from the voltage supply unit 16, and the liquid crystal molecules are tilted according to the applied voltage value.

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。   As a result, the light reciprocates in the liquid crystal in the second liquid crystal region 12-2 of the first reflective liquid crystal phase modulation device 31-1, so that the second light is incident on the light 21e incident on the second liquid crystal region 12-2. A phase difference can be given to the light 21f emitted from the liquid crystal region 12-2. That is, the light 21e can be given a phase difference in the range of 0 to π / 2 according to the voltage applied to the liquid crystal in the second liquid crystal region 12-2 with respect to the light 21e.

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。   The light 21 f emitted from the second liquid crystal region 12-2 of the first reflective liquid crystal phase modulation device 31-1 is transmitted through the ¼ wavelength plate 14. As a result, the light 21f is changed to S-polarized light that is linearly polarized light in the Y-axis direction. The light 21f changed to S-polarized light is incident on the second polarizing beam splitter 13-2 of the first reflective liquid crystal phase modulator 31-1. Since the light 21f is S-polarized light, it is reflected by 90 degrees on the polarization separation surface 13-2a of the second polarization beam splitter 13-2. The reflected light 21g is emitted from the second polarizing beam splitter 13-2 and becomes incident light of the second reflective liquid crystal phase modulation device 31-2.

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-polarized light 21g, which is incident light of the second reflective liquid crystal phase modulator 31-2, enters the first polarizing beam splitter 13-1 of the second reflective liquid crystal phase modulator 31-2. The light 21g incident on the first polarization beam splitter 13-1 of the second reflective liquid crystal phase modulator 31-2 is reflected by the polarization separation surface 13-1a by 90 degrees and is incident on the quarter-wave plate 14. The light 21h incident on the quarter-wave plate 14 is transmitted through the quarter-wave plate 14 to become circularly polarized light, and the second liquid crystal phase modulator 12-2 of the reflective liquid crystal phase modulator 12-2 1 enters the liquid crystal region 12-1.

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。   The light 21h incident on the first liquid crystal region 12-1 composed of the liquid crystal having an alignment axis parallel to the S-polarized light is transmitted through the first liquid crystal region 12-1 of the second reflective liquid crystal phase modulator 31-2. Reflected by the reflective electrode. The light 21i reflected by the reflective electrode passes through the first liquid crystal region 12-1 again and is emitted from the reflective liquid crystal phase modulator 12 of the second reflective liquid crystal phase modulator 31-2. At this time, a predetermined voltage is applied to the first liquid crystal region 12-1 from the voltage supply unit 16, and the liquid crystal molecules are tilted according to the applied voltage value.

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。   As a result, the light reciprocates in the liquid crystal of the first liquid crystal region 12-1 of the second reflective liquid crystal phase modulation device 31-2, so that the first light 21h incident on the first liquid crystal region 12-1 is first. A phase difference can be given to the light 21i emitted from the liquid crystal region 12-1. That is, the phase difference in the range of 0 to π / 2 can be given to the light 21i with respect to the light 21h according to the voltage applied to the liquid crystal in the first liquid crystal region 12-1.

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。   The light 21 i emitted from the first liquid crystal region 12-1 of the second reflective liquid crystal phase modulation device 31-2 passes through the ¼ wavelength plate 14. Thereby, the light 21i is changed to P-polarized light that is linearly polarized light in the X-axis direction. The light 21i changed to P-polarized light enters the first polarizing beam splitter 13-1 of the second reflective liquid crystal phase modulator 31-2. Since the light 21i is P-polarized light, it passes through the polarization separation surface 13-1a of the first polarization beam splitter 13-1. The transmitted light 21i is incident on the first reflecting surface 15-1 of the reflecting mirror 15 of the second reflective liquid crystal phase modulator 31-2.

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。   The light 21i incident on the first reflecting surface 15-1 is reflected by 90 degrees on the first reflecting surface 15-1. The reflected light 21j enters the second reflecting surface 15-2 of the reflecting mirror 15, and is reflected by 90 degrees on the second reflecting surface 15-2. The reflected light 21k is incident on the second polarization beam splitter 13-2 of the second reflective liquid crystal phase modulator 31-2.

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。   The P-polarized light 21k incident on the second polarization beam splitter 13-2 of the second reflective liquid crystal phase modulator 31-2 passes through the polarization separation surface 13-2a and enters the quarter-wave plate 14. The light 21k incident on the quarter-wave plate 14 is transmitted through the quarter-wave plate 14 to become circularly polarized light, and the second liquid crystal phase modulator 12-2 of the reflective liquid crystal phase modulator 12-2 2 is incident on the liquid crystal region 12-2.

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。   The light 21k incident on the second liquid crystal region 12-2 composed of liquid crystal having an alignment axis parallel to the P-polarized light is transmitted through the second liquid crystal region 12-2 and reflected by the reflective electrode. The light 21l reflected by the reflective electrode passes through the second liquid crystal region 12-2 again and is emitted from the reflective liquid crystal phase modulator 12 of the second reflective liquid crystal phase modulator 31-2. At this time, a predetermined voltage is applied to the second liquid crystal region 12-2 from the voltage supply unit 16, and the liquid crystal molecules are tilted according to the applied voltage value.

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。   As a result, the light reciprocates in the liquid crystal in the second liquid crystal region 12-2 of the second reflective liquid crystal phase modulator 31-2, so that the second light is incident on the light 21k incident on the second liquid crystal region 12-2. A phase difference can be given to the light 21l emitted from the liquid crystal region 12-2. That is, the phase difference in the range of 0 to π / 2 can be given to the light 21l with respect to the light 21k according to the voltage applied to the liquid crystal in the second liquid crystal region 12-2.

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。   The light 21l emitted from the second liquid crystal region 12-2 of the second reflective liquid crystal phase modulator 31-2 passes through the quarter wavelength plate 14. Thereby, the light 21l is changed to S-polarized light which is linearly polarized light in the Y-axis direction. The light 21l changed to S-polarized light enters the second polarizing beam splitter 13-2 of the second reflective liquid crystal phase modulator 31-2. Since the light 21l is S-polarized light, it is reflected by 90 degrees on the polarization separation surface 13-2a of the second polarization beam splitter 13-2. The reflected light 21m exits from the second polarizing beam splitter 13-2, exits from the second reflective liquid crystal phase modulation device 31-2, and becomes the outgoing light of the reflective liquid crystal phase modulation system 31.

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。   In such an optical path, the phase difference of the light 21m emitted with respect to the light 21a incident on the reflective liquid crystal phase modulation system 31 is the sum of the phase differences obtained by the respective devices. That is, the phase difference given to the light 21m is equal to the phase difference given by the first liquid crystal region 12-1 and the second liquid crystal region 12-2 of the first reflective liquid crystal phase modulation device 31-1, and the second reflective type. This is the sum of the phase differences given by the first liquid crystal region 12-1 and the second liquid crystal region 12-2 of the liquid crystal phase modulation device 31-2.

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。   Accordingly, the reflective liquid crystal phase modulation system 31 can give an arbitrary phase difference to the outgoing light in the range of 0 to 2π with respect to the incident light according to the voltage applied to each liquid crystal region.

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。   In the configuration of the second embodiment, the liquid crystal thickness d was about 2.5 μm, and the phase modulation response speed was measured with the same measurement requirements as in the first embodiment. As a result of the measurement, a response speed of about 10 msec was obtained.

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。   As can be seen from the above measurement results, in the reflective liquid crystal phase modulation system 31 in the second embodiment, a sufficient phase difference of 0 to 2π is secured, and the response time of the phase modulation as compared with the previous first embodiment. Can be further speeded up.

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。   As described above, the reflective liquid crystal phase modulation system 31 of the second embodiment is configured by forming the two reflective liquid crystal phase modulation devices employed in the previous first embodiment on a common semiconductor substrate. As a result, the same effect as in the first embodiment can be obtained. Furthermore, the reflective liquid crystal phase modulation system 31 of the second embodiment can further increase the response speed of the phase modulation as compared with the first embodiment.

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。   In the second embodiment, the two reflective liquid crystal phase modulators used in the first embodiment are formed on a common semiconductor substrate, but two or more reflective liquid crystal phase modulators are shared. It can also be formed on a semiconductor substrate.

(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。
(Third embodiment)
With reference to FIG. 4, the configuration of a reflective liquid crystal phase modulation device according to a third embodiment of the present invention will be described. In the third embodiment, light in the first polarization direction is P-polarized light, and light in the second polarization direction is S-polarized light. Thereby, in the reflection type liquid crystal phase modulation device 11 of the first embodiment, the incident light and the emission light are S-polarized light, whereas the reflection type liquid crystal phase modulation device 41 of the third embodiment The incident light and the outgoing light are P-polarized light.

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。   In the third embodiment, P-polarized light is used as incident light and outgoing light. Therefore, in FIG. 4, the reflection type liquid crystal phase modulation device 41 is configured by removing the reflecting mirror 15 as compared with the configuration of the reflection type liquid crystal phase modulation device 11 of the first embodiment.

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。   The rest of the reflective liquid crystal phase modulation device 41 is the same as that of the first embodiment. Thereby, the reflective liquid crystal phase modulation device 41 can give the phase difference expressed by the equation (2) to the P-polarized incident light as in the first embodiment.

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。   In FIG. 4, the same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.

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。   Next, with reference to FIG. 5, the optical path of the light in the reflective liquid crystal phase modulation device 41 and the phase difference given to the incident light will be described.

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-polarized light 42a which is linearly polarized light in the X-axis direction and becomes incident light of the reflective liquid crystal phase modulation device 41 is incident on the first polarization beam splitter 13-1. The light 42 a incident on the first polarization beam splitter 13-1 passes through the polarization separation surface 13-1 a and enters the quarter wavelength plate 14. The light 42 a incident on the quarter wavelength plate 14 passes through the quarter wavelength plate 14 and becomes circularly polarized light, and enters the first liquid crystal region 12-1 of the reflective liquid crystal phase modulation unit 12.

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。   The light 42a incident on the first liquid crystal region 12-1 composed of liquid crystal having an alignment axis parallel to the P-polarized light is transmitted through the first liquid crystal region 12-1 and reflected by the reflective electrode. The light 42a reflected by the reflective electrode passes through the first liquid crystal region 12-1 again and is emitted from the reflective liquid crystal phase modulation unit 12. At this time, a predetermined voltage is applied to the first liquid crystal region 12-1 from the voltage supply unit 16, and the liquid crystal molecules are tilted according to the applied voltage value.

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。   Thus, the light reciprocates in the liquid crystal in the first liquid crystal region 12-1, so that the light 42a incident on the first liquid crystal region 12-1 is compared with the light 42b emitted from the first liquid crystal region 12-1. A phase difference can be given. That is, the phase difference in the range of 0 to π can be given to the light 42b with respect to the light 42a in accordance with the voltage applied to the liquid crystal in the first liquid crystal region 12-1.

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。   The light 42 b emitted from the first liquid crystal region 12-1 is transmitted through the quarter wavelength plate 14. As a result, the light 42b is changed to S-polarized light that is linearly polarized light in the Y-axis direction. The light 42b changed to S-polarized light enters the first polarizing beam splitter 13-1. Since the light 42b is S-polarized light, it is reflected by 90 degrees on the polarization separation surface 13-1a of the first polarization beam splitter 13-1. The reflected light 42c is incident on the second polarization beam splitter 13-2.

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。   The S-polarized light 42c incident on the second polarization beam splitter 13-2 is reflected by 90 degrees on the polarization separation surface 13-2a, and the reflected light 42d is incident on the quarter-wave plate 14. The light 42d incident on the quarter-wave plate 14 passes through the quarter-wave plate 14 and becomes circularly polarized light, and enters the second liquid crystal region 12-2 of the reflective liquid crystal phase modulation unit 12.

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。   The light 42d incident on the second liquid crystal region 12-2 composed of liquid crystal having an alignment axis parallel to the S-polarized light is transmitted through the second liquid crystal region 12-2 and reflected by the reflective electrode. The light 42d reflected by the reflective electrode passes through the second liquid crystal region 12-2 again and is emitted from the reflective liquid crystal phase modulation unit 12. At this time, a predetermined voltage is applied to the second liquid crystal region 12-2 from the voltage supply unit 16, and the liquid crystal molecules are tilted according to the applied voltage value.

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。   As a result, the light reciprocates in the liquid crystal in the second liquid crystal region 12-2, so that the light 42d incident on the second liquid crystal region 12-2 is compared with the light 42e emitted from the second liquid crystal region 12-2. A phase difference can be given. That is, the light 42e can be given a phase difference in the range of 0 to π according to the voltage applied to the liquid crystal in the second liquid crystal region 12-2 with respect to the light 42d.

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。   The light 42e emitted from the second liquid crystal region 12-2 is transmitted through the quarter wavelength plate 14. Thereby, the light 42e is changed to P-polarized light that is linearly polarized light in the X-axis direction. The light 42e changed to P-polarized light enters the second polarizing beam splitter 13-2. Since the light 42e is P-polarized light, it passes through the polarization separation surface 13-2a of the second polarization beam splitter 13-2. The transmitted light 42 e is emitted from the second polarizing beam splitter 13-2 and becomes emitted light from the reflective liquid crystal phase modulation device 41.

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。   In such an optical path, the phase difference of the light 42e emitted with respect to the light 42a incident on the reflective liquid crystal phase modulator 41 is equal to the phase difference given by the first liquid crystal region 12-1 and the second liquid crystal. This is the sum of the phase differences given in the region 12-2. As a result, the reflective liquid crystal phase modulation device 41 gives an arbitrary phase difference in the range of 0 to 2π to the P-polarized incident light with respect to the P-polarized incident light according to the applied voltage of each liquid crystal region. Can do.

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。   As described above, in the third embodiment, as in the first embodiment, two first liquid crystal regions 12-1 and second liquid crystal regions having different light distribution axes of liquid crystals on one semiconductor substrate are used. 12-2 is provided, and a configuration in which light is reciprocated in each liquid crystal region is adopted. As a result, the same effects as those of the first embodiment can be obtained with respect to incident light and outgoing light of P-polarized light.

(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。
(Fourth embodiment)
With reference to FIG. 6, a configuration of a reflective liquid crystal phase modulation system according to a fourth embodiment of the present invention will be described. In FIG. 6, the reflection type liquid crystal phase modulation system 51 of the fourth embodiment has the same liquid crystal as the first liquid crystal region 12-1 and the second liquid crystal region 12-2 of the third embodiment on a single semiconductor substrate. It is configured by forming four regions. That is, the reflection type liquid crystal phase modulation system 51 forms two reflection type liquid crystal phase modulation devices 41 of the third embodiment on one semiconductor substrate, and uses the emitted light of one device as the incident light of the other device. Composed. In FIG. 6, the same components as those in FIG. 5 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.

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。
The reflection type liquid crystal phase modulation system 51 includes a first reflection type liquid crystal phase modulation device 51-1 and a second reflection type liquid crystal phase modulation device 51-2 having the same configuration as the reflection type liquid crystal phase modulation device 41 of the third embodiment. Prepare. The first reflection type liquid crystal phase modulation device 51-1 and the second reflection type liquid crystal phase modulation device 51-2 are configured by sharing the reflection type liquid crystal phase modulation unit 12 and the quarter wavelength plate. The reflective liquid crystal phase modulation system 51 includes a reflective mirror 52.
The reflecting mirror 52 is composed of a triangular mirror. The reflecting mirror 52 is ¼ of the second polarizing beam splitter 13-2 of the first reflective liquid crystal phase modulator 51-1 and the first polarizing beam splitter 13-1 of the second reflective liquid crystal phase modulator 51-2. It arrange | positions on the opposite side to the side by which the wave plate 14 is arrange | positioned. The reflecting mirror 52 includes a first reflecting surface 52-1 that is inclined at an angle of 45 degrees with respect to the second polarizing beam splitter 13-2 of the first reflective liquid crystal phase modulator 51-1. The reflecting mirror 52 includes a second reflecting surface 15-2 that is inclined at an angle of 45 degrees with respect to the first polarizing beam splitter 13-1 of the second reflective liquid crystal phase modulator 51-2.

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。   The reflecting mirror 52 reflects the light emitted from the second polarizing beam splitter 13-2 of the first reflective liquid crystal phase modulation device 51-1 by 90 degrees on the first reflecting surface 52-1, and the second reflecting surface 52-. 2 is emitted. The reflecting mirror 52 reflects the light incident on the second reflecting surface 52-2 by 90 degrees on the second reflecting surface 52-2, and the first polarizing beam splitter 13-1 of the second reflecting liquid crystal phase modulator 51-2. To exit.

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。   In the fourth embodiment, a configuration in which light reciprocates in four liquid crystals formed on one semiconductor substrate is employed. With this configuration, the phase difference Δφ3 when light reciprocates through each of the four liquid crystals is expressed by the following equation (3).

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。
Δφ3 = 8 × Δn × d × 2π / λ (3)
The above equation (3) indicates that a phase difference four times that of the equation (1) shown in the first embodiment is given.

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。   As described above, when the light d reciprocates in the four liquid crystals formed on one semiconductor substrate, the thickness d of the liquid crystal layer is the same as compared with the case where the light reciprocates once in one liquid crystal. 4 times the phase difference. In other words, in order to obtain the same phase difference, the thickness d of the liquid crystal layer can be ¼.

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。   Next, with reference to FIG. 6, the optical path of the light in the reflective liquid crystal phase modulation system 51 and the phase difference given to the incident light will be described.

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。   P-polarized light 42a, which is linearly polarized light in the X-axis direction, becomes incident light of the reflective liquid crystal phase modulation system 51, and enters the first polarizing beam splitter 13-1 of the first reflective liquid crystal phase modulation device 51-1. To do. The light 42 a incident on the first polarization beam splitter 13-1 passes through the polarization separation surface 13-1 a and enters the quarter wavelength plate 14. The light 42a incident on the quarter-wave plate 14 is transmitted through the quarter-wave plate 14 and becomes circularly polarized light, and the light of the reflective liquid crystal phase modulator 12-1 of the first reflective liquid crystal phase modulator 51-1. 1 enters the liquid crystal region 12-1.

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。   The light 42a incident on the first liquid crystal region 12-1 composed of liquid crystal having an alignment axis parallel to the P-polarized light is transmitted through the first liquid crystal region 12-1 and reflected by the reflective electrode. The light 42a reflected by the reflective electrode passes through the first liquid crystal region 12-1 again and is emitted from the reflective liquid crystal phase modulation unit 12. At this time, a predetermined voltage is applied to the first liquid crystal region 12-1 from the voltage supply unit 16, and the liquid crystal molecules are tilted according to the applied voltage value.

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。   As a result, the light reciprocates in the liquid crystal in the first liquid crystal region 12-1 of the first reflective liquid crystal phase modulation device 51-1, so that the first light 42a incident on the first liquid crystal region 12-1 is detected. A phase difference can be given to the light 42b emitted from the liquid crystal region 12-1. That is, the phase difference in the range of 0 to π / 2 can be given to the light 42b with respect to the light 42a according to the voltage applied to the liquid crystal in the first liquid crystal region 12-1.

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。   The light 42 b emitted from the first liquid crystal region 12-1 of the first reflective liquid crystal phase modulation device 51-1 passes through the ¼ wavelength plate 14. As a result, the light 42b is changed to S-polarized light that is linearly polarized light in the Y-axis direction. The light 42b changed to S-polarized light enters the first polarizing beam splitter 13-1 of the first reflective liquid crystal phase modulator 51-1. Since the light 42b is S-polarized light, it is reflected by 90 degrees on the polarization separation surface 13-1a of the first polarization beam splitter 13-1. The reflected light 42c is incident on the second polarization beam splitter 13-2 of the first reflective liquid crystal phase modulator 51-1.

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。   The S-polarized light 42c incident on the second polarization beam splitter 13-2 is reflected by 90 degrees on the polarization separation surface 13-2a, and the reflected light 42d is incident on the quarter-wave plate 14. The light 42d incident on the quarter-wave plate 14 is transmitted through the quarter-wave plate 14 and becomes circularly polarized light, and the second liquid crystal phase modulator 12-1 of the first reflective liquid crystal phase modulator 51-1 has the second light. 2 is incident on the liquid crystal region 12-2.

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。   The light 42d incident on the second liquid crystal region 12-2 composed of the liquid crystal having an alignment axis parallel to the S-polarized light is transmitted through the second liquid crystal region 12-2 and reflected by the reflective electrode. The light 42d reflected by the reflective electrode passes through the second liquid crystal region 12-2 again and is emitted from the reflective liquid crystal phase modulation unit 12. At this time, a predetermined voltage is applied to the second liquid crystal region 12-2 from the voltage supply unit 16, and the liquid crystal molecules are tilted according to the applied voltage value.

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。   As a result, the light reciprocates in the liquid crystal in the second liquid crystal region 12-2 of the first reflective liquid crystal phase modulator 51-1, so that the second light is incident on the light 42d incident on the second liquid crystal region 12-2. A phase difference can be given to the light 42e emitted from the liquid crystal region 12-2. In other words, the light 42e can be given a phase difference in the range of 0 to π / 2 according to the voltage applied to the liquid crystal in the second liquid crystal region 12-2 with respect to the light 42d.

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。   The light 42e emitted from the second liquid crystal region 12-2 is transmitted through the quarter wavelength plate 14. Thereby, the light 42e is changed to P-polarized light that is linearly polarized light in the X-axis direction. The light 42e changed to P-polarized light enters the second polarizing beam splitter 13-2 of the first reflective liquid crystal phase modulator 51-1. Since the light 42e is P-polarized light, it passes through the polarization separation surface 13-2a of the second polarization beam splitter 13-2. The transmitted light 42 e is incident on the first reflecting surface 52-1 of the reflecting mirror 52.

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。   The light 42e incident on the first reflecting surface 52-1 is reflected by 90 degrees on the first reflecting surface 52-1. The reflected light 42f is incident on the second reflecting surface 52-2 of the reflecting mirror 52, and is reflected 90 degrees on the second reflecting surface 52-2. The reflected light 42g is incident on the first polarizing beam splitter 13-1 of the second reflective liquid crystal phase modulator 51-2.

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。   The light 42g incident on the first polarization beam splitter 13-1 passes through the polarization separation surface 13-1a and enters the quarter-wave plate 14. The light 42g incident on the quarter-wave plate 14 is transmitted through the quarter-wave plate 14 and becomes circularly polarized light, and the second liquid crystal phase modulator 12-2 of the second reflective liquid crystal phase modulator 51-2 receives the second light. 1 enters the liquid crystal region 12-1.

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。   The light 42g incident on the first liquid crystal region 12-1 composed of liquid crystal having an alignment axis parallel to the P-polarized light is transmitted through the first liquid crystal region 12-1 and reflected by the reflective electrode. The light 42g reflected by the reflective electrode passes through the first liquid crystal region 12-1 again and is emitted from the reflective liquid crystal phase modulation unit 12. At this time, a predetermined voltage is applied to the first liquid crystal region 12-1 from the voltage supply unit 16, and the liquid crystal molecules are tilted according to the applied voltage value.

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。   Thereby, the light reciprocates in the liquid crystal of the first liquid crystal region 12-1 of the second reflective liquid crystal phase modulator 51-2, so that the first light 42g incident on the first liquid crystal region 12-1 A phase difference can be given to the light 42h emitted from the liquid crystal region 12-1. That is, the phase difference in the range of 0 to π / 2 can be given to the light 42h with respect to the light 42g according to the voltage applied to the liquid crystal in the first liquid crystal region 12-1.

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。   The light 42h emitted from the first liquid crystal region 12-1 of the second reflective liquid crystal phase modulation device 51-2 is transmitted through the quarter wavelength plate 14. Thereby, the light 42h is changed to S-polarized light that is linearly polarized light in the Y-axis direction. The light 42h changed to S-polarized light is incident on the first polarizing beam splitter 13-1 of the second reflective liquid crystal phase modulator 51-2. Since the light 42h is S-polarized light, it is reflected by 90 degrees on the polarization separation surface 13-1a of the first polarization beam splitter 13-1. The reflected light 42i is incident on the second polarizing beam splitter 13-2 of the second reflective liquid crystal phase modulator 51-2.

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。   The S-polarized light 42i incident on the second polarization beam splitter 13-2 is reflected by 90 degrees on the polarization separation surface 13-2a, and the reflected light 42j is incident on the quarter-wave plate 14. The light 42j incident on the quarter-wave plate 14 passes through the quarter-wave plate 14 and becomes circularly polarized light, and the second liquid crystal phase modulator 12-2 of the reflective liquid crystal phase modulator 12-2 2 is incident on the liquid crystal region 12-2.

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。   The light 42j incident on the second liquid crystal region 12-2 composed of the liquid crystal having an alignment axis parallel to the S-polarized light is transmitted through the second liquid crystal region 12-2 and reflected by the reflective electrode. The light 42j reflected by the reflective electrode passes through the second liquid crystal region 12-2 again and is emitted from the reflective liquid crystal phase modulation unit 12. At this time, a predetermined voltage is applied to the second liquid crystal region 12-2 from the voltage supply unit 16, and the liquid crystal molecules are tilted according to the applied voltage value.

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。   As a result, the light reciprocates in the liquid crystal in the second liquid crystal region 12-2 of the second reflective liquid crystal phase modulator 51-2, so that the second light is incident on the light 42j incident on the second liquid crystal region 12-2. A phase difference can be given to the light 42k emitted from the liquid crystal region 12-2. That is, the light 42k can be given a phase difference in the range of 0 to π / 2 according to the voltage applied to the liquid crystal in the second liquid crystal region 12-2 with respect to the light 42j.

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。   The light 42k emitted from the second liquid crystal region 12-2 passes through the quarter-wave plate 14. As a result, the light 42k changes to P-polarized light that is linearly polarized light in the X-axis direction. The light 42k changed to P-polarized light enters the second polarizing beam splitter 13-2 of the second reflective liquid crystal phase modulator 51-2. Since the light 42k is P-polarized light, it passes through the polarization separation surface 13-2a of the second polarization beam splitter 13-2. The transmitted light 42k is emitted from the second polarization beam splitter 13-2 and becomes the outgoing light of the reflective liquid crystal phase modulation system 51.

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。   In such an optical path, the phase difference from which the emitted light 42k is obtained with respect to the light 42a incident on the reflective liquid crystal phase modulation system 51 is the sum of the phase differences obtained by the respective devices. That is, the phase difference given to the light 42k is equal to the phase difference given by the first liquid crystal region 12-1 and the second liquid crystal region 12-2 of the first reflective liquid crystal phase modulation device 51-1, and the second reflective type. This is the sum of the phase differences given by the first liquid crystal region 12-1 and the second liquid crystal region 12-2 of the liquid crystal phase modulation device 51-2. As a result, the reflective liquid crystal phase modulation system 51 gives an arbitrary phase difference in the range of 0 to 2π to the P-polarized incident light with respect to the P-polarized incident light in accordance with the applied voltage of each liquid crystal region. Can do.

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。   As described above, the reflection type liquid crystal phase modulation system 51 of the fourth embodiment is configured by forming the two reflection type liquid crystal phase modulation devices employed in the previous third embodiment on a common semiconductor substrate. Thereby, the same effect as the third embodiment can be obtained.

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。   Further, in the fourth embodiment, the liquid crystal constituting each reflective liquid crystal phase modulation unit can obtain the same phase difference with half the thickness as compared to the third embodiment. Thereby, in the fourth embodiment, the response speed of the phase modulation can be further increased as compared with the previous third embodiment.

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。   In the fourth embodiment, the two reflection type liquid crystal phase modulation devices employed in the previous third embodiment are formed on a common semiconductor substrate. However, two or more reflection type liquid crystal phase modulation devices are commonly used. It can also be formed on a semiconductor substrate.

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
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11, 41 ... Reflection type liquid crystal phase modulation device 12 ... Reflection type liquid crystal phase modulation part 12-1 ... 1st liquid crystal area 12-2 ... 2nd liquid crystal area 13-1 ... 1st polarizing beam splitter 13-1a ... Polarization separation surface 13-2 ... 2nd polarization beam splitter 13-2a ... Polarization separation surface 14 ... 1/4 wavelength plate 15, 52 ... Reflection mirror 15-1, 52-1 ... 1st reflection surface 15-2, 52-2 ... 1st 2 reflective surface 16 ... voltage supply unit 31, 51 ... reflective liquid crystal phase modulation system 31-1, 51-1 ... first reflective liquid crystal phase modulator 31-2, 51-2 ... second reflective liquid crystal phase modulator

Claims (4)

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
ことを特徴とする反射型液晶位相変調装置。
A liquid crystal sandwiched between a transparent electrode and a reflective electrode, the liquid crystal including a first liquid crystal region in which a light distribution axis in a major axis direction of the liquid crystal is parallel to a polarization axis of light in a first polarization direction; comprising a light distribution axis of the long axis direction and the polarization axis parallel to the second liquid crystal region of the light in the second polarization direction of the light in the first polarization direction is incident from the transparent electrode is transmitted through the first liquid crystal region Then, the transmitted light in the first polarization direction is reflected by the reflective electrode, is transmitted again through the first liquid crystal region, is emitted from the transparent electrode, and the light in the second polarization direction incident from the transparent electrode is the second light. The light transmitted through the liquid crystal region, the transmitted light in the second polarization direction is reflected by the reflective electrode, is transmitted through the second liquid crystal region again, and is emitted from the transparent electrode. The first liquid crystal region and the second liquid crystal region A reflective liquid crystal phase modulator that reciprocates the light at
The incident light is transmitted or reflected and emitted to the first liquid crystal region of the reflective liquid crystal phase modulator, and the light transmitted through the first liquid crystal region of the reflective liquid crystal phase modulator is reflected by the reflective electrode and again A first polarizing beam splitter that passes through the first liquid crystal region, enters the light that has passed through the first liquid crystal region and exits from the reflective liquid crystal phase modulator, and transmits or reflects the incident light to exit.
The incident light is transmitted or reflected and emitted to the second liquid crystal region of the reflective liquid crystal phase modulator, and the light transmitted through the second liquid crystal region of the reflective liquid crystal phase modulator is reflected by the reflective electrode and again A second polarizing beam splitter that passes through the second liquid crystal region, enters the light that has passed through the second liquid crystal region and exits from the reflective liquid crystal phase modulation unit, and transmits or reflects the incident light to exit.
Provided between the reflective liquid crystal phase modulator and the first polarization beam splitter, and between the reflective liquid crystal phase modulator and the second polarization beam splitter, and the first polarization beam splitter or the second polarization beam. A quarter-wave plate that transmits light traveling back and forth between the beam splitter and the reflective liquid crystal phase modulator, and changes the polarization direction of the light;
By supplying a voltage between the reflective electrode and the transparent electrode, it has a voltage supply unit for applying a predetermined voltage to the liquid crystal,
The light emitted from the first polarizing beam splitter is incident on the second polarizing beam splitter;
Between the light in the first polarization direction incident on the first liquid crystal region and the light in the first polarization direction emitted from the second liquid crystal region, the voltage supply unit according to a voltage applied to the liquid crystal. a reflective liquid crystal phase modulation device phase difference, characterized in Rukoto occur.
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。
2. The reflective liquid crystal phase modulation device according to claim 1, further comprising a reflecting mirror that reflects light emitted from the first polarizing beam splitter and emits the light to the second polarizing beam splitter.
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。
3. The reflection type liquid crystal phase modulation device according to claim 1, wherein the reflection type liquid crystal phase modulation device has the same polarization direction of incident light and emission light.
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。
A plurality of the reflection type liquid crystal phase modulation devices according to claim 1, wherein the plurality of reflection type liquid crystal phase modulation devices are formed on a common semiconductor substrate, and the plurality of reflection type liquid crystal phase modulation devices are provided. The light emitted from the second polarization beam splitter of any one of the reflection type liquid crystal phase modulation devices is the first polarization of any one of the plurality of reflection type liquid crystal phase modulation devices . A reflection-type liquid crystal phase modulation system provided as light incident on a beam splitter .
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