JPH027022A - 液晶セル窓 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は一般に光学システムに関し、さらに詳しくは、
光学的位相調整式プレイのビーム方向制御システムで光
学的時間遅延器として使われる、選択可能な光路長を与
えるための装置に関する。

（従来の技術） 目標検出の分野では、マイクロ波レーダシステムが障害
物の回避、地形地図の形式及び入江の検出の目的で長年
使われている。さらに最近、赤外波長でのレーダシステ
ムが一層短い波長の光を利用して、掻めて正確な地図形
成や物体識別のため、目標表面の高解像度の描写を与え
ている。マイクロ波レーダシステムで確立された技術を
光学システムで利用するためには、類似のサブシステム
を開発する必要かあ、った。

近年、マイクロ波レーダアンテナシステムは、機械的に
方向制御Ｊされる回転アンテナによって与えられる遅い
移動と対照的に、高速ビーム移動用の位相調整式アレイ
を用いた電子方向制御にますます依存してきている。位
相調整式アレイはそのビーム指向性を、共通の信号源か
らアレイの各放射エレメントに至る時間遅延を変えるこ
とに依存している。各エレメントの遅延は、規準方間（
ボアサイト）からずれた目標に向かって放射される波面
が位相、振幅及び方向において、規準軸に沿って発生さ
れる平行な光線をシミュレートするように電子的に同調
される。ダイオード移相ネットワークが各エレメントと
組み合わされ、必要な時間遅延を与えて、放射ビームの
方向及びパルス輪郭を制御するのによく使われている。

現在利用可能な技術は、光ビーム、特に大径で回折の制
限された二酸化炭素（ＣＯ□）レーザレーダビームの高
速、広角な指向及び走査の必要性を満たすほど充分に発
達していない。多くのシステムは現在、光ビームの方向
制御が回転する光学素子を用いて行われている。そこで
、マイクロ波のレーダシステムで今広く使われている汎
用性位相調整式アレイアンテナの光学板が強く望まれて
いる。

電気的に同調可能な光学的移相器の基本要素は時間遅延
器で、これによって例えば１ナノ秒の持続時間を存する
赤外線光エネルギーのショートバーストが例えばＸナノ
秒遅延され、アンテナアレイの表面を横切る遅延された
及び遅延されなかったバーストの複合光が、規準軸から
の角度で方向制御される波面となる。このような時間遅
延器の時間遅延は、ビームの方向制御を行うため電気的
に選択可能でなければならない。

（発明が解決しようとする課題） 従って本発明の主な目的は、電気的に同調可能な光学的
移相器で使われる時間遅延器を提供することにある。

本発明の別の目的は、光通過用の電気的に選択可能な通
路を与える時間遅延器を提供することにある。

（課題を解決するための手段） 本発明の前記及びその他の目的は一般に、光源からの光
ビームに応答し、光源と利用手段との間で光ビームの選
択可能な遅延時間を与える装置を提供することによって
得られる。本装置は、光ビームの偏光方向を選択的に変
える手段；光源と利用手段との間に複数の光路を与える
手段で、複数光路の各々が異なる長さを有する；及び光
ビームの偏光方向に応じ、複数の光路の一つに沿って光
ビームを差し向ける手段；を備える。

本発明の好ましい実施例によれば、前記偏光方向を変え
る手段は、電気制御信号の第１の値がセル窓に与えられ
たとき、入射光ビームの偏光方向に９０度の正味回転を
与える一方、制御信号の第２の値に応答してゼロ度の正
味回転を与えるネマチック相の液晶セルを含む。

好ましい実施例において、複数の光路の一つに沿って光
ビームを差し向ける手段は、光ビームに対して斜めに配
置された２つのブリュースタ板を含み、これらのブリュ
ースタ板がそこに入射する第１の偏光方向の光を実質上
すべて反射し、そこに入射する第２の偏光方向の光を実
質上すべて通過させる。

好ましい実施例において、複数の光路を与える手段は、
ブリュースタ板によって反射された光用の第１の光路を
与える第１の反射手段と、ブリュースタ板を通過した光
用の第２の光路を与える第２の反射手段とを含み、これ
ら第１及び第２の反射手段の一方が固定して装着され、
他方が、２つの光路の長さの差が調整可能なように、移
動可能に装着されている。

さらに本発明の原理によれば、光位相調整式プレイによ
る光ビーム方向制マＪシステムは、所定偏光方向の実質
上平行な光のビームを発生する光源手段；及び光ビーム
の選択可能な遅延時間を与える複数の手段で、該遅延時
間を与える複数手段の各々が光ビームの断面積の別個の
区分に応答し、また前記遅延時間を与える手段が光ビー
ムの選択可能に遅延された断面積の区分を出射光ビーム
へと再結合し、さらに前記遅延時間を与える複数手段の
各々が本発明の好ましい実施例による装置からなる。

本発明の別の特徴によれば、液晶セルの窓がセル電橋を
備える。セル窓は導電性にされると同時に、イオン注入
の利用により赤外線スペクトルの範囲で光学的に透明な
ままとされる。

本発明の上記以外の特徴及び利点は、添付の図面、好ま
しい実施例の詳細な説明、及び特許請求の範囲の記載か
らより完全に理解されよう。

（実施例） まず第１図を参照すると、マイクロ波位相調整式アレイ
（マンクロウェーブ・フェーズド・アレイ）の構造と類
似した基本構造を持つ光ビームスキャナが示しである。

第１図の光ビームスキャナは、９〜１１．５μ僧の範囲
の特有波長、例えば１０．６μ請の波長を存し、一般に
赤外叉ベクトル内の平行光ビームを与える光源及びビー
ム形成ネットワーク３０を含む。光ビームは、本発明が
実施された複数の時間遅延器３２に向かって差し向けら
れる。

時間遅延器３２は各々、ネットワーク３０から受は取っ
たビームに選択可能な遅延を与える。各時間遅延器３２
を通過した光は、それぞれ複数の位相器３６からなるサ
ブアレイ３４に導かれる。各移相器３６は、サブアパー
チャ３８を横切ってビーム方向制御を与えるように、０
から２πラジアンの間で移相する。

従って、個々の時間遅延器３２によって駆動されるとき
、サブアレイ３４のサブアパーチャ３８全体が、高出力
レーザレーダビームの高速方向制御のために、単一の大
径アパーチャをエミュレート可能なことが明らかであろ
う。

第１図の光ビーノ、スキャナは、４つの移相器３６から
なるサブアレイ３４に各々光を与える４つの時間遅延器
３２を有するものとして示しである。但し、これらの図
示は理解を容易にするために過ぎないことが理解される
べきである。実際上、各サブアセンブリ３４は一般に数
千、例えば直線１ｃｍ当たり２０００の移相器３６から
なり、サブアパーチャのスパン３８として示したサブア
レイの直径は、普通の方向制御、例えば±３０°で３０
ＣＩ（１２インチ）程度、信号の帯域幅はほぼＩＧＩＩ
ｚである。

次に第２図を参照すると、第１図に時間遅延器３２とし
て示したものとし得る、本発明による光学的時間遅延器
１０が示しである。時間遅延器１０は、切り換え可能な
偏光回転体１２と１４、ブリュースタ板１６と１８、鏡
２０と２２、及び偏光回転体１２と１４を制御する回路
２４で構成される。制御信号２６が、制御回路２４から
偏光回転体１２と１４に発生される。第１の状態では、
制御信号２６が雨漏光回転体１２と１４を通過する光の
偏光方向を回転させ、また制御信号２６の第２状態では
、雨漏光回転体１２と１４を通過する光の偏光方向が影
響されない。

（外向き矢印で示すように）第２図の図面用紙から外へ
出る方向の任意に選ばれた偏光ベクトルを有し、中心線
１】で表された入射光ビームが、偏光回転体１２に与え
られる。制御信号２６の状態に応じ、偏光回転体１２か
ら現れる光は、（図面平面内の上向き矢印で示すように
）回転された外向き偏光ベクトルを有するか、あるいは
影響されないそのままの偏光ベクトルを有する。偏光回
転体１２．１４として使用可能な素子は第３Ａ−３Ｅ図
に示してあり、これらの図面に関連して詳述する。

第２図に戻ると、偏光回転体１２から現れた光は、入射
光に対して斜めに、一般にはブリュースタ板１６の材料
のブリュースタ角βをなして位置されたブリュースタ板
１６に入射する。ブリュースタ板１６はセレン化亜鉛で
作製でき、この場合ブリュースタ角は約６７度である。

あるいは、ブリュースタ板１６は、米国ペンシルバニア
州すクソンバーグ所在のＴｗｏ−３ｉｘ社から市販され
ている薄膜偏光子など、１以上の薄膜コーティングを含
む強化型としてもよい、ブリュースタ板は、そこに入射
する光の偏光方向に応じて作用する光学装置である２図
示例では、（入射平面内で）上向きの偏光ベクトルを含
む光ビームがブリュースタ板１６を通過する一方、（入
射平面に直角な）外向きの偏光ベクトルを含む光ビーム
は表面１６ａで反射される。ブリュースタＦｉ１６と１
８を通過する光の屈折は、本発明の理解にとって必要な
いので図面に示してない。

ブリュースタ＋Ｊｌｊ　１６で反射された光は鏡２０の
反射面２０ａに向かい、そこから鏡２２の反射面２２ａ
に向かい、そこからさらにブリュースタ板１８の表面１
８ａへと反射される。鏡２０と２２は光の伝播方向に対
して斜めに位置し、一般には、鏡２２からブリュースタ
板１８へ反射された光がブリュースタ板１８を通過する
ビームと一致するように、表面２０ａ及び２２ａは表面
１６ａ及び１８ａとそれぞれ平行である。

ブリュースタ板】８はブリュースタ板１６と同じで、外
向きの偏光ベクトルを持つ光をより効率的に反射する一
方、上向きの偏光ベクトルを持つ光を透過する膜コーテ
ィングを表面１８ａに施してもよい。

ブリュースタ板１８はそこへ入射する２つの光ビームに
対して斜めに、−ａにはブリュースタ板１８の材料のブ
リュースタ角βをなして位置され、表面Ｌｅａからの光
はブリュースタ板１６に向かった光と同軸状である。

最後に、ブリュースタ板１８からの光は、偏光回転体１
２と同じで、同一の制御信号２６に応答する偏光回転体
１４を通過する。この結果、偏光回転体１４から現れる
出射光ビームは、入射ビームと同じ偏光方向を有する。

尚、偏光回転体１４の唯一の機能は、最初の偏光ベクト
ルを出射光に復元することにある。本発明の特定の用途
でこの機能が必要なければ、偏光回転体１４は省いても
よい。

要約すれば、偏光回転体１２と１４を通過する光の偏光
方向を回転させる制御信号２６の第１状態では、時間遅
延器１０に与えられる光は各要素１．２，１６．１８及
び１４を通る第１の光路を辿る。偏光回転体１２と１４
を通過する光の偏光方向に影響を及ぼさない制御信号２
６の第２状態では、時間遅延器１０に与えられる光は要
素１２を通り、各要素１６，２０．２２及び１８で反射
され、要素１４を通る第２の光路を辿る。第２図におい
て、この遅延は光路２８ａ、　２８ｂ及び２８ｃの各長
さの和から光路２９の長さを引いたものに等しい。

第３Ａ及び３Ｂ図を参照すると、第２図の実施例の切り
換え可能な偏光回転体１２．１４として使える液晶電気
−光学的セル４０の側面図が示しである。セル４０は、
導電性１？Ｊ４４と反射防止層４６．４７を含むセル窓
４２を有する。両側のセル窓４２（及びそれらの被覆層
）は、セルスペーサ４８によって離間されている。セル
４０内の液晶分子５０は、いわゆる“ネマチック”相の
長く、細く、ロッド状の有機分子である。

セル窓４２は、ＣＯ，レーザから発せられる波長、一般
には１０．６　ｐ　ｍを存する赤外線光に対して低い吸
収を示さなければならない、セル窓４２として使える一
般的な選択候補の中には、セレン化亜鉛、ヒ化ゲルマニ
ウム及びガリウム、塩化カリウムなどのハロゲン化塩が
含まれ、これらは全てＣＯｔ　レーザ光に対して比較的
透明である。また、セル窓４２を横切って電気導電性を
与える層４４も、上記波長に対して光学的に透明でなけ
ればならない。

透明材料のプレート表面上に、酸化インジウム−スズ（
ＩＴＯ）や酸化インジウム（Ｉｎｄｏｓ）などの１膜導
体を被着することによって、光学的に透明な電極を形成
することは当業者にとって周知である。

これらの導電膜は本質的に、斉い電子濃度と低いキャリ
ヤ片動度のため、赤外線領域においてロスを生じる、す
なわち赤外線エネルギーを吸収する。

厚さ数千オングストロームの酸化インジウム−スズ膜は
、可視スペクトル範囲で約８０〜９０％を透過し、２０
０オングストローム厚の間膜１０．６μ面の波長で約５
０％を透過する。酸化インジウムは２０〜５０オーム／
スクウエアの膜シート抵抗の場合、８〜１２μ−の間の
波長で６５〜８０％を透過することが報告されている。

また、液晶セルを横切って一様な電場を確立するための
赤外線透過基板として、ゲルマニウムなど一部の半導体
材料が使えることも当業者にとって周知である。真性ゲ
ルマニウムにおける赤外線エネルギーの吸収は、酸化イ
ンジウムを含む膜での吸収より著しく少ない、真性ゲル
マニウムは一般に、赤外線エネルギーに対して０．０３
ＣＩ−’の吸収係数を有し、従って２ミリ厚のゲルマニ
ウム性セル窓は入射エネルギーのうち０．６χだけを吸
収する。

このような透明電極の一つの欠点は、単一基板上に電極
パターン、つまり複数電極のパターンを作製するのが困
難なことである。つまり、材料の表面抵抗率のため、表
面を横切る漏れ電流が許容できないほど高くなる。複数
電極の場合、電気絶縁は、ｐ形基板にれ形電極を注入形
成するなど、電極を相互に絶縁分離するため背中合わせ
のダイオードを用いる標準的な方法によって達成できる
。

本特定例において、上記の絶縁方法は、ダイオードを安
全に逆バイアスするのに必要な電位が液晶内に望ましく
ない反応を誘起するという理由で問題がある。また、接
合を形成するのに必要なドーパントが光エネルギーをさ
らに吸収する。

あるいは、絶縁性の透明基板上に、ＫＣＩなどの透明な
半導体材料を必要な電極パターンで被着してもよい、し
かしその後、基板に反射防止材料を被覆する際に、半導
体電極と基板の間でほとんどの光学的屈折率が一致しな
いことから困難が生じる。

本発明の好ましい実施例によれば、光学的に透明な電極
がイオン注入プロセスによってセル窓４２に設けられる
０図示のセル窓は、代表例として１インチ（２，５４ｃ
ｍ）の直径と１閣の厚さを有する、ヒ化ガリウムなど光
学的に透明な半絶縁結晶性材料の小スラブから作製され
ている。かかる厚さのヒ化ガリウムは、ここで対象とす
る赤外帯域の光エネルギーに対し非常に低い吸収を呈す
る。また、ヒ化ガリウムは１０７オームー１程度の畜い
抵抗率を存する。結晶性スラブの半絶縁特性は、例えば
液相シール・ツォクラルスキー（ＬＥＣ）法など周知の
成長技術によって得られる。あるいは、その他周知の技
術を用いてクロムをドープしてもよい。

スラブはその後の工程前に、化学−機械的に研磨される
。

次いで、スラブの片面が、光感知性ポリマーとし得るフ
ェトレジストで被覆される０本例では、マサチューセッ
ツ州ニュートン所在の５ｈｉｐｌｅｙ社から市販されて
いるポジティブフォトレジスト、タイプ１４００−３１
をスラブに施した後、９０°Ｃで３分間加熱工程が行わ
れる。その後被覆スラブは少なくとも１０分間水和され
、この間に冷えて、水蒸気を吸収する。

次いで、電極を構成すべき被覆表面の部分をフォトマス
クで覆ってから、表面を約３．５秒間紫外線光に露出す
る。露光後、９０°Ｃで２０〜３０分間加熱工程を施し
た後、約１分間アルカリ溶液中でフォトレジストパター
ンを現像し、この工程で（マスクで被覆しなかった）ｎ
光フォトレジストが溶解する。その後、スラブは約１分
間水で洗浄される。

次の工程はイオン注入プロセスで、イオン、−般には！
９ＳｉがＬＯＯＫｅＶのエネルギー及び線量で、準備さ
れた表面にボンバードされる０周知のように、ボンバー
ドイオンは、フォトレジストで被覆されていない領域だ
けに注入される。上記の線量はアニール処理後に、約１
００〜３００オーム／スクウエアのシート抵抗率を与え
るべきである。イオン注人後、残っているフォトレジス
トがアセトン内で除去された後、酸素プラズマによる除
去がなされる。

イオン注入工程後のアニール工程は、注入イオンを電気
的に活性化し導電性とする。本例では、半絶縁材料のイ
オン注入スラブが約２時間にわたり最大９００°Ｃの温
度へと傾斜加熱された後、冷却される。アニール処理は
、過圧状態のヒ素を含む密閉器内で行われる。

液晶セルの窓で使われる電極を、イオン注入によって製
造するプロセスの最後の工程はメタライゼーション工程
を含み、金属がスラブ上に被着されてイオン注入頭載と
電気接触され、例えば超音波ボンディングによる電位源
への電気接続用のボンディングパッドを形成する。メタ
ライゼーション工程は、例えばニッケル、金／ゲルマニ
ウム及び金など通常の材料、並びに当業者にとって周知
なプロセスを用いて達成される。

上記のプロセスによって、電極を形成するのにイオン注
入を用いた光学的に透明な半絶縁結晶性材料のシート上
に光学的に透明な電極が設けられる。つまり、結晶性材
料のシート全面よりも小さい電極領域が、対象とする赤
外線波長の範囲、例えば９〜１１μ−の放射エネルギー
に対して、シートの非注入領域と実質上置等の透過特性
を呈する。

上記のプロセスは例示に過ぎず、制限を意図するもので
ない。ゲルマニウムイオンも注入で使える。また、一部
の半絶縁結晶性材料及び注入イオンでは、注入イオンに
よるスラブのボンバードによって生じる損傷で導電性と
するのに充分でアニールの必要がないので、アニール工
程を行わなくともよいことが理解されよう。

ここで説明する本発明の適用例では各セル窓に１つの電
極を設けるだけでよいが、前記のプロセスは任意の数の
電極及びパターンにも適用可能であることが容易に理解
されよう、？３ｉ雑な電極の幾何形状も、最新の半導体
リソグラフィによってのみ制限される特徴解像度で形成
できる。

はとんどの場合、セル窓の一方上にイオン注入電極を設
けるだけでよく、残りのセル窓は真性ゲルマニウムなど
の導電性材料で構成し得る。一般に、一方のセル窓上の
イオン注入電極パターンだけで、２つのセル窓間で適切
な電場を確立するのに充分である。

反射防止層４６と４７は、光が一方の光学的に透明な媒
体から他方の媒体へ通過するときの反射を減じる。単層
及び複数層の反射防止コーティングが当該分野で周知で
、反射を効率的に取り除くのに使われている。単層の反
射防止コーティングを、２つの媒体の屈折率の幾何平均
に等しい屈折率を持つ材料で構成するのが理想的である
。−例として、ゲルマニウム（ｎ　＝４．０）製セル窓
４２外面の反射防止層４６は、硫化亜鉛（ｎ＝２．２）
の区波長コーティングとし得る。また−例として、セル
窓４２内面の反射防止層４７は、液晶膜（ｎ工１．７）
との整合のためセレン化亜！０（ｎ　＝２．４）で構成
し得る。ハロゲン化物の窓のように一部の例では、窓４
２と液晶分子５０の両層折率が充分に接近するので、反
射防止層４７が必要なくなる。

液晶ネマチック層の有機分子は、液状態でロングレツツ
のく長く延びた）分子秩序を呈する。この秩序配向が、
第３Ａ及び３Ｂ両図のセル４０の分子５０によって示し
である。第３Ａ図では、光ビーム５２が分子５０の長手
分子軸を横切るＺ軸に沿って伝播し、また第３Ｂ図では
、光ビーム５４が長手分子軸の縦軸に沿って伝播する。

ロンド状の形状と組み合わされたロングレンジの分子秩
序が、異方性の光学的特性を与える。第３Ｂ図に示すよ
うに、分子軸の長手縦方向に沿って伝播する光は、その
偏光方向に係わりなく屈折率ｎ０、いわゆる常屈折率を
受ける。一方第３Ａ図に示すように、長手分子軸を横切
って伝播する光は、偏光方向が長手分子軸に直角のとき
は同じく屈折率ｎ６を受けるが、偏光方向が長手分子軸
に沿っている場合には屈折率ｎｌｌ　、いわゆる異常屈
折率を受ける。中間の偏光方向の場合、実効屈折はｎ、
とれ、の間となる。

ｎｏとｎ、の差が、複屈折率Δ−ｎｏ　　ｎｏと呼ばれ
る。厚さＬの液晶薄層を通って伝播する波長λの光は、
φ−（２π／λ）ｎｔで与えられる移相を受ける。但し
、ｎは特定の偏光及び伝播方向に該当する屈折率である
。従って、整列状態の液晶を通って伝播する常及び異常
偏光に対する移相の差は、δφ−（２π／λ）ｎｔとな
る。量δφは遅延量（ｒｅ　ｔａｒｄａｎｃｅ）としば
しば称される。

この種の液晶は、遅延量δφを有する光学的遅延体つま
り波長板として機能する。遅延体の“速い軸“、すなわ
ち低い方の屈折率従って最も速い波長速度を有する偏光
の向きは、液晶分子の配向方向によって決まる。多くの
ネマチック液晶では、ｎｏよりｎ、の方が大きく、速い
軸が分子の配向軸と直交している。セルの厚さと複屈折
が、δφ−（２ｉ　＋１）π、但しｉは任意の整数、と
なるように選ばれれば、セルは半波長板となり、直線偏
光の偏光面を回転するのに使える。第２図のセル１２と
１４は上記構成に基づいて選定され、偏光回転体として
機能可能である。

再び第３＾及び３Ｂ図を参照すれば、装置全体で所望の
複屈折を呈するようにするため、液晶は正しく、一様に
整列されねばならない、これは通例、セル窓４２上のコ
ーティング最内面４７ａを特殊処理することによってな
される。窓４２上のコーティング最内面４７ａを、例え
ば微細な研磨粉末で一方向に擦ることによって°“調整
処理”つまり溝付けし、極めて微細で平行な溝を生せし
めれば、最内面４７ａに隣接した液晶分子５０はそれら
の微小溝に沿い且つそれらの内部で自ら整列しようとし
、従って優先選択的に整列される。セル４０が通常の場
合のように薄く、また本例のようにセル窓４２上のコー
ティング最内面４７ａの溝を平行にすれば、この位置配
向は、相互に平行に整列しようとする分子５０の固有の
（引回によってセル全体に伝達される。

溝の一般的な深さは、液晶分子５０の実効直径と整合す
るように、わずか数オングストロームである。

最内面４７ａを調整処理する別の手段は、グレージング
（限界見通し）角に近い角度で誘電物をイオンビームに
よって被着し、最内面４７ａ上に小さい平行リプルを形
成することである。この浅い角度での被着技術は、現在
において好ましい技術である。何れの方法でも、溝は波
長よりはるかに小さいので、可視スペクトルにおいても
無視できる散乱しか生じず、従って赤外線域における散
乱は極めて微々たるものである。

液晶の分子５０に電場を印加すると電気双極モーメント
が誘起され、液晶分子５０はその内部構造に依存して、
並列または直角な電場によって整列し直そうとする。各
セル窓４２の表面に透明で導電性の材料４４が被覆され
、電圧源５６からの電圧がセル４０を横切って印加され
ると、本例のネマチック液晶の場合、分子５０はセル面
４２に対して直角に整列しようとする。これが、最内面
４７ａの調整処理によって与えられていた配向の異方性
を破壊する。

つまり、分子５０は伝播の方向に沿って整列され、屈折
率の差がＸとｙｉ偏光方向間で生じなくなる結果、遅延
がスイッチオフされる。一般には、５０μ−厚のセル両
端に数ボルトを印加すれば、遅延量をその公称値からゼ
ロへと減じるのに充分である。電圧ｆｇＳ６からの電圧
が取り除かれると、液体内の粘弾性力が最内面構造４７
ａに従って分子５０を再整列しようとし、複屈折が復元
される。光学的特性は、電圧の循環印加と共に非常に反
復性が高い。−船釣な全サイクルのスイッチング時間は
、液晶材料及びセルの幾何形状に応じ、故ミリー多ミリ
秒である。

第３Ａ及び３Ｂ図の例の入／出射光ビームの偏光ベクト
ルが、液晶セル４０の偏光回転を示している。

第３Ａ図の例では、入射光ビーム５２が２軸に沿って伝
播し、横偏光ベクトル５３を有する。ヘクトル５３は角
度α１が４５度となるように選ばれているので、χ軸方
向のベクトル成分５３ｘとｙ軸方向のベクトル成分５３
ｙは等しい。

セル窓４２間に電場が存在しないと、分子５０は優先選
択的に整列され、Ｘ軸が遅い軸でｙ軸が速い軸となる。

従って、所定波長の光ビーム５２と所定厚さのセル４０
（スペーサ４８の長さ）で、出射ベクトルのＸ成分５５
つは入射ベクトルのＸ成分５５８と等しい、また同じ厚
さのセル４０の場合、出射ベクトルのｙ成分５５ｙは入
射ベクトルのｙ成分５３ｙと等しいが、１８０度位相が
ずれている。出射ベクトルのＸ成分５５．Ｉとｙ成分５
３．は大きさが等しいので、合成出射ベクトル５５は１
３５度の角度α。を有し、大きさは合成入射ベクトル５
３と等しい。つまり、入射ビーム５２の横偏光ベクトル
５３が分子５０の優先選択整列から４５度ずれている本
例の半波長板では、分子５０を横切る電場の不在時にお
ける液晶セル４０の作用によって、出射光ビーム５２′
の横偏光ベクトル５５は入射光ビーム５２の横偏光ベク
トル５３に対して９０度面回転れる。かかる半波長板の
一般的なセル厚は、Ｂｒ１ｔｉｓｈ　Ｄｒｕｇ　Ｈｏｕ
ｓｅ社から市販されているＢＩＤ　Ｅ７など一般的な液
晶組成での赤外線領域における動作の場合、２６μｍと
し得る。

第３Ｂ図を参照すると、電圧源５６が導電性の量コーテ
ィング４４間に電位を与え、セル窓４２間に電場Ｅを生
じることによって、図示のごとく分子５０を電場Ｅの方
向に整列させる。前述したように、分子５０のこの配列
構成では、遅延量が生じない。つまり、横偏光ベクトル
５７（相互に等しいＸ成分５７、ｌとｙ成分５７．を含
む）を有する入射光ビーム５４の場合、同じ所定波長の
光ビーム５４と同じ所定厚のセル４０で、出射光ビーム
５４′は入射光ビーム５４と大きさ及び偏光方向が等し
い横偏光ベクトル５９（Ｘ成分５９．とＸ成分５９．を
含む）を有する。

従って本例では、光ビーム５４の伝播方向に沿って分子
５０を整列させる電場Ｅの存在下における液晶セル４０
の作用により、出射光ビーム５４′の横偏光ベクトル５
９は入射光ビーム５４の横偏光ベクトル５７に対して影
響されない。

要約すると、第３Ａ及び３Ｂ図を参照して第２図を考慮
すれば、制御回路２４からの偏光制御信号２６がセル１
２（及びセル１４）の分子を横切って電場を生じない場
合、入射光ビーム１１の偏光方向はセル１２によって９
０度面回転れ、得られた光ビームがブリュースタ板１６
と１８を透過してセル１４に至り、そこでさらに偏光方
向が最初の状態へと回転される。一方、セル１２（及び
セル１４）の分子を横切って電場を生じさせる制御信号
２６の場合、入射光ビーム１１の偏光方向はセル１２に
よって影響されず、得られた光ビームがブリュースタ板
１６と１８で反射されてセル１４に至り、光は偏光方向
に影響を受けずにそこを通過する。

ｎ、　＞ｎ、で、その整列が“ホモジニアス（表面に平
行）”と称される上記したネマチック液晶の他、ｎ、　
＜ｎｏで、印加電場と直角に整列し、その整列が“ホメ
オトロピック（表面に垂直）″と称される上記以外のネ
マチック液晶も使える。つまり、ホメオトロピック配向
用にセル窓の表面を調整処理して、表面に直角な優先選
択配向を確立することもでき、この場合には印加電場が
結晶を表面に対して平行な向きとする。ホメオトロピッ
ク配向結晶による偏光方向の回転も、ホモジニアス整列
による偏光方向の回転と類似していることは容易に理解
されよう。

本発明の光学的時間遅延器で用いるのに適した他の形態
の液晶セルを、第３Ｃ図に示す、このセルはよく知られ
たねじリネマチック液晶セルで、液晶デイスプレィにお
いて広く使われている。この構成では、セル窓１４２の
内面１４２ａ上の整列溝がセル窓１４４の内面１４４ａ
上の整列溝に対して直角である。

第３Ｃ図の実施例においては、第３Ｄ及び３Ｅ図がそれ
ぞれ内面１４２ａと１４４８の正面を示している点に留
意されたい。第３Ｄ図では、垂直の整列溝１４８がセル
窓１４２の内面１４２ａに示してあり、一方第３Ｅ図は
セル窓１４４の内面１４４ａ上の水平な整列溝１５０を
示している。

この整列溝の“″ねじり“配向の効果は、第３Ｃ図のセ
ル１４０内の分子１４６を図示のように整列させる点に
ある。つまり、内面１４２ａに隣接した分子１４６は垂
直方向に整列され、内面１４４ａに隣接した分子１４６
は（図面の用紙平面に垂直な）水平方向に整列される。

中間の分子１４６は、これら２つの両極配向の間の中間
配向を一様に取る。伝播方向を横切る任意の方向に偏光
された光の偏光方向は、一液晶分子の逐次ねじりをたど
り、従って第３Ｃ図に示したねしりネマチック液晶セル
１４０によって９０度面回転れた偏光方向になることは
周知である。

第３Ｃ図のセル１４０は、第３Ａ図のセル４０と同じよ
うに両セル窓１４２と１４４間の電位差に応答する。つ
まり、両窓間に電場が存在すると、第３Ｃ図の実施例の
分子１４６は第３Ｂ図の分子５０と全く同じように自ら
を整列しようとする。従って、両セル窓１４２と１４４
間に電位差が存在すれば、伝播方向を横切る方向に偏光
された光は、セル１４０を通って伝播する間に伝播方向
の変化を受けないことが容易に明らかであろう。要約す
れば、両セル窓１４２と１４４間に電位差が存在しない
場合、光の横偏光方向はセル１４０内で９０度面回転れ
るが、両セル窓１４２と１４４間に電位差が存在する場
合、偏光方向の回転は生じない。すなわち、セル１４０
は切り換え可能な偏光回転体として機能し、従って第１
図の実施例の要素１２及び１４として用いるのに適する
ことが明らかである。

第２図に概略的に示した時間遅延器１０の基本実施例の
一つの欠点は、両光路の長さ間での遅延差をゼロ近くに
調整できないことである。ある決まったビーム幅の場合
には、ビームがブリュースタ板１６と１８から外れてそ
れるように、光ｌＲ２８ａと２８０の長さには下限があ
る。この点を解消した時間遅延器６０としての好ましい
実施例を、第４図に概略的に示す。

時間遅延器６０は第２図の時間遅延器１０と同等の要素
を用いているが、ブリュースタ板１６と１８を通る透過
路の光学的長さを調整する要素が付は加えられている。

第４図中、第２図に示したものと同じ要素は同じ指示番
号で示しである。

第４図を参照すると、ブリュースタ板１６と１８の間の
上向きベクトルを含む偏光が辿る光路内に、位置固定の
２つの鏡６２．６４と、矢印７２で示した方向に調整可
能な並行移動台７０上に装着された２つの１６６．６８
とが介在されている。ブリュースタ板１６を通過した光
が境６２の反射表面６２ａで反射され、鏡６６の反射表
面６６ａから鏡６８の反射表面６８ａへと向かい、さら
に鏡６４の反射表面６４ａに至る。表面６２ａからブリ
ュースタ板１８へと反射されビームは、ブリュースタ板
１６から現れたビームと同軸状である。

この実施例においては、２つの光路間の遅延差が、各光
路２８ａ、　２８ｂ及び２８ｃの和と各光路７４ａ。

７４ｂ、　７４ｃ、　７４ｄ及び７３ｅの和との差に等
しい。従って、矢印７２の方向に沿った並行移動台７０
の位置調整により、光路長さの遅延差をゼロを含む正負
両方の範囲で与えられることが容易に明らかであろう。

第５図を参照すると、例えば第７図に示すアレイのよう
なビーム形成アレイで用いるのに特に適した、第４図の
実施例の各要素の特定構成が示しである。第５図の構成
は、光ビーム８６を発する開口８４を有したＣＯ□レー
ザ８２を含む、さらに第５図は、切り換え可能な偏光回
転体１２と１４、ブリュースタ板１６と１８、！Ｊｔ２
０．２２と６２−６８、並行移動台７ｏ、及び制御信号
２６を発生する偏光制御回路２４を示している。これら
の各要素は、前出の図面に関連してすでに説明した同じ
指示番号を持つ要素と同等である０図中、偏光ベクトル
を表す矢印が光ビームに沿って繰り返し示しである。

第５図の構成において、鏡６２は、各要素１６，２０゜
２２及び１８で反射される光と異なる平面に光を反射す
るような角度で配置されている。また鏡６４は、鏡６Ｂ
から反射された光が他方の光路の平面へと戻るような角
度で配置されている。第５図中、２っの遅延路の平面は
直交するように示しであるが、これは本発明にとって必
要な制限ではない。

第６図は、さまざまな時間遅延の選択を与える光学的時
間遅延器の縦続構成を示す。装置１５】　は、入射光ビ
ーム１５４と一致して整列された複数（図示例では３つ
）の時間遅延器１５２ａ、ｂ及びＣからなる。各々の時
間遅延器１５２ａ、ｂ及びＣは、第２図の実施例の時間
遅延器１０と同様である。

代表として時間遅延器１５２ａは、第２図の偏光回転体
１２と同様な偏光回転体１５６ａと、第２図の実施例の
各要素１６．１８．２０及び２２と同様な光学要素で構
成し得る遅延路光学装置１５８ａとを含む。第２図の時
間遅延器１０は出射光ビームを最初の偏光ヘクトルに戻
すための偏光回転体１４を含むが、第６図の縦続構成で
は、最終段１５２ｃの後に位置した１つのリセット用偏
光回転体１６０だけが必要である。

偏光制御１回路１６２は複数の制御信号１６２ａ、ｂ、
ｃ及びｄを偏光回転体１５２ａ、ｂ、ｃ及び１６０にそ
れぞれ与え、縦続接続された時間遅延装置１５１と通る
光路の全長を形成する。制御信号１６２ａ、ｂ及びＣを
時間遅延器１５２ａ、ｂ及びＣへ適切に加えることで、
−ｍに２ｉ個の異なる遅延のうち任意の一つを、装置１
５１を介して形成できる。但し、ｎは時間遅延器の数で
ある。第６図の実施例の各時間遅延器１５２ａｂ及びＣ
はリセット用の偏光回転体を含んでいないので、制御信
号＋６２ｂ、（及びｄによって与えられる機能は先行す
る制御信号の状態に依存し、制御信号１６ｄの状態は制
御信号１６２ａ、ｂ及びＣのパリティの関数でなければ
ならない。

第７図は、第５図の好ましい実施例の４つの時間遅延器
８０を含む構成の簡略図である。第７図は、２ｘ２のア
レイで配置された光ビーム方向制御システムを表してい
る。軸方向グループＡｌＯ２として示したアレイエレメ
ントは、光源及び出射光ビームと同軸状の時間遅延器の
全光学的要素、すなわち第５図に示したような切り換え
可能な偏光回転体１２と１４、ブリュースタ仮１６と１
８、及び鏡６２と６４を含む。第７図中、固定遅延路Ａ
１１０として示した要素は、第５図の実施例の鏡２０と
２２を含む。

さらに、第７図中調整可能な遅延路Ａ１１２として示し
た要素は、第５図の実施例で並行移動第７０に装着され
た鏡６６と６８を含む。

同様に、第７図のＢ、Ｃ及びＤの各軸方向グループ１０
４〜１０８と遅延路は、第５図に示したような他の３つ
の時間遅延器８０の対応する光学的要素で構成されてい
る。第７図の構成がビーム方向制御システムとして機能
するためには、一般にｃｏ２レーザである光源からの光
が各アレイエレメント１０２〜１０８を照明するように
第７図の図面用紙に垂直な光軸に沿って差し向けられ、
これらの各アレイエレメントはビームの断面積１１４の
個別区分によってそれぞれ照明される。各軸方向グルー
プからなるアレイエレメント、並びに対応した固定及び
／又は調整可能な遅延路を通過した後、各ビーム区分は
それぞれ、第１図のスキャナでサブアレイ３４として示
したような移相器のサブアレイに差し向けられる。４つ
の軸方向グループ１０２〜１０８に対応した偏光制御信
号を適切に選択することによりて、（第１図に示したよ
うな）サブアレイ３４からの合成出射光ビームは、図面
用紙に対して上、下、左、右または垂直の方向に差し向
けることができる。

第８Ａ〜８０図は、各サブアレイが３つの移相器からな
る、３つのサブアレイの一次元アレイを用いたビーム方
向制御の簡略化した一例を示す。

第８Ａ、８Ｂ及び８０図の各々において、各サブアレイ
の移相器（不図示）は、０と２πラジアンの間の選定移
相を与えることができる。各サブアレイには、ビームに
選択可能な遅延を与える時間遅延器（不図示）から光が
供給される。第８Ａ、８Ｂ及び８Ｃ図において、光のパ
ルスは寸法りだけ相互に離れたビーム中心を存する３つ
のコヒーレントな光源から発せられる。第８Ａ図におい
て、３つのサブアレイビーム１２０．１２１及び１２２
は同時に発生され、各バーストからの波面が、アレイの
表面に直角な、すなわち視阜軸上の目標へ同時に達する
。

第８Ｂ図において、ビーム１２５のバーストはビーム１
２４の対応するバーストに対して１．秒だけ遅延すれ、
またビーム１２６のバーストはビーム１２５のバースト
からさらに１１秒だけ遅延されている。

この場合には、各バーストからの波面が、規準軸の上方
にθ１　＝ｓｉｎ−’（ｃｔ、／Ｄ）の角度で配置され
た目標へ同時に達する。但し、Ｃはｔ、及びＤと適合す
る単位の光速である。

同じく第８Ｃ図は、ビーム１２８の対応するバーストに
対してｔ２秒だけ遅延されたビーム１２９のバーストと
、ビーム１２９のバーストからさらにｔ２秒だケ遅延さ
れたビーム１３０のバーストとを示している。この場合
には、各バーストからの波面が、規準軸の下方にθｚ　
＝ｓｉｎ　−’（ｃｔｚ／　Ｄ）の角度で配置された目
標へ同時に達する。

数値例について考えると、合成ビームを規準軸から１０
度外れて差し向けるのが望ましく、且つサブアレイエレ
メントの各中心が相互に１０ｃｍ１％ｌすれているとす
れば、一方のバーストを他方のバーストに対してｔ　＝
Ｄ　ｓｉｎ　θ／ｃ　＝０．０６ナノ秒遅延することに
よって、該当のビームを形成できる。これは、約０．フ
インチ（１，７ｃｎ＋）の光路長差に対応する。

以上、本発明の原理を特に図面に例示した構造について
具体的に説明したが、発明に実施に際して、そのような
例示構造からの各種変更を行えることが理解されよう。

例えば、第５図の実施例の２つの光路の平面間の角度を
変え、−例を第７図に示したアレイの構成を変化させた
り、２ｘ２エレメントよりはるかに大きいアレイを構成
することは、当業者の能力内に充分含まれるものと考え
られる。さらに、例えば反射または屈折によって（第７
図のように）ビーム１１４を複数のサブビームに分割し
、前記教示した原理を用いて各サブビームに選択可能な
遅延を与えた後、各サブビームをそれぞれ複数のサブア
レイへ差し向けるように光学装置を構成することも、当
業者の通常技術に含まれるものと考えられる。従って、
本発明の範囲は以上開示した構造に制限されず、特許請
求の範囲の記載によって判断されるべきである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明が適用される光位相調整式アレイのビー
ム方向制御システムのブロック図；第２図は本発明の第
１実施例の簡略ブロック図；第３Ａ−３Ｅ図は第２図の
実施例で用いるのに適した液晶セルを示す；第４図は本
発明の第２実施例の簡略ブロック図；第５図は光位相調
整式アレイで使われるように構成された第４図の実施例
を示す；第６図は縦続構成された複数の光学的時間遅延
装置を示す：第７図は２ｘ２アレイの第４図の実施例に
おける各エレメントの端面配置を示す簡略ブロック図；
及び第８Ａ−８Ｃ図は位相調整式アレイのビーム方向制
御能力を実証するタイミングチャートである。 １０．３２，６０，８０，１５２ａ−ｃ・・・時間遅延
器１２、１４・・・偏光回転体、　　４０．］４０・・
・液晶セル４２、４４・・・セル窓（シート）、４４・
・・導電層５０．１４６・・・液晶分子 ５６・・・電位差印加手段（電圧源）。 第３Ｄ図 第３Ｃ図 第３Ｅ図 （外４名）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、光学的に透明な半絶縁結晶性材料のシートからなり
   、該シートがシートの表面上にイオンの注入された領域
   を有し、該イオン注入領域が前記シートの表面の全面積
   より小さい面積からなり、前記シートがイオン注入後、
   前記注入イオンを電気的に活性化するようにアニールさ
   れ、前記シートが所定波長の放射エネルギーに対し前記
   表面にわたって一様な透過特性を呈する光学的に透明な
   電極。 ２、前記所定波長が赤外線帯域内の周波数に対応する請
   求項１記載の電極。 ３、前記結晶性材料がヒ化ガリウムからなり、前記注入
   イオンがシリコンイオンからなる請求項１記載の電極。 ４、相互に離間した第１及び第２の光学的に透明なセル
   窓で、該第１のセル窓がイオンの注入された表面領域を
   含む第１及び第２セル窓； 前記両セル窓間のスペース内の液晶分子；及び前記第１
   のセル窓のイオン注入表面領域と前記第２のセル窓間に
   電位差を印加する手段； を備えた液晶セル。 ５、前記第１のセル窓が結晶性材料からなり、前記第１
   のセル窓がイオン注入後、前記注入イオンを電気的に活
   性化するようにアニールされた請求項４記載の液晶セル
   。 ６、前記電位差印加手段が、前記イオン注入表面領域に
   被着された金属のボンディングパッドを含む請求項４記
   載の液晶セル。 ７、前記第１のセル窓がヒ化ガリウムからなり、前記注
   入イオンがシリコンイオンからなる請求項４記載の液晶
   セル。 ８、前記第２のセル窓が真性ゲルマニウムからなる請求
   項４記載の液晶セル。 ９、前記第２のセル窓がイオンの注入された表面領域を
   含み、前記電位差印加手段が、前記第１及び第２のセル
   窓の各イオン注入表面領域間に電位差を印加する手段を
   含む請求項４記載の液晶セル。 １０、前記第１及び第２のセル窓が結晶性材料からなり
   、前記両セル窓がイオン注入後、前記注入イオンを電気
   的に活性化するようにアニールされた請求項９記載の液
   晶セル。 １１、前記第１及び第２のセル窓がヒ化ガリウムからな
   り、前記注入イオンがシリコンイオンからなる請求項９
   記載の液晶セル。 １２、前記電位差印加手段が、前記第１及び第２のセル
   窓の前記イオン注入表面領域に被着された金属のボンデ
   ィングパッドを含む請求項９記載の液晶セル。 １３、前記第１のセル窓がその表面上に複数の離間した
   イオン注入領域を含む請求項４記載の液晶セル。 １４、前記第１のセル窓が結晶性材料からなり、前記第
   １のセル窓がイオン注入後、前記注入イオンを電気的に
   活性化するようにアニールされた請求項１３記載の液晶
   セル。 １５、前記電位差印加手段が複数の金属ボンディングパ
   ッドを含み、該パッドの各々が前記複数のイオン注入表
   面領域の少なくとも１つ上に被着された請求項１３記載
   の液晶セル。 １６、放射エネルギーに対して実質上透明な電極を作製
   する方法において； ａ）光学的に透明な半説結晶性材料のシートの表面領域
   上にイオンを注入するステップ；及び ｂ）前記シートをアニールして、前記注入イオンを電気
   的に活性化するステップ； を含む方法。 １７、前記結晶性材料が赤外線の光エネルギーに対して
   実質上透明である請求項１６記載の方法。 １８、前記結晶性材料がヒ化ゲルマニウムである請求項
   １７記載の方法。