JPH04178616A - Optical phase modulator - Google Patents
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
[産業上の利用分野]
本発明は、液晶ライトバルブを利用した光学的情報処理
装置に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to an optical information processing device using a liquid crystal light valve.
[従来の技術]
従来より、液晶ライトバルブを利用した光学的位相変調
装置があり、APPLIED 0PTIC3/Vo1.
28 N。[Prior Art] Conventionally, there has been an optical phase modulation device using a liquid crystal light valve, such as APPLIED 0PTIC3/Vo1.
28 N.
、22(1989)4845のように知られている。第
6図に従来の光学的位相変調装置の構成図を示す、従来
の光学的位相変調装置は、透過型の液晶ライトバルブを
用い、駆動は単純マトリクス電極やアクティブ素子によ
り行なっていた。液晶の動作モードは電圧制御複屈折(
Electrically controlled B
irefringence ;以下、ECEと呼ぶ)が
用いられている。しかし従来の技術では、記録される位
相パターンのサンプル数が駆動電極の画素の大きさによ
り限定され、再生像は鮮明ではなかった。さらに、単純
マトリクスではサンプルの量子化数が2値しかとれず、
アクティブ素子では素子の開口率が低いため、いずれも
記録面である液晶ライトバルブを有効に利用することが
出来なかった。, 22 (1989) 4845. The conventional optical phase modulator, whose configuration is shown in FIG. 6, uses a transmissive liquid crystal light valve and is driven by simple matrix electrodes or active elements. The operating mode of liquid crystal is voltage-controlled birefringence (
Electrically controlled B
(hereinafter referred to as ECE) is used. However, in the conventional technology, the number of samples of the recorded phase pattern is limited by the size of the pixels of the drive electrode, and the reproduced image is not clear. Furthermore, in a simple matrix, the quantization number of samples can only take two values,
Since the aperture ratio of the active element is low, it has not been possible to effectively utilize the liquid crystal light valve, which is the recording surface.
これらの問題を解決するために、APPLIED OP
TIC3/Vo1.26 No、5(1987)929
(Dように液晶ライトバルブを光書込み型とし、レー
ザー等を用いて位相分布を記録する方法が提案されてい
る。To solve these problems, APPLIED OP
TIC3/Vo1.26 No. 5 (1987) 929
(As shown in D, a method has been proposed in which the liquid crystal light valve is of an optical writing type and the phase distribution is recorded using a laser or the like.
[発明が解決しようとする課題]
しかしながら、従来の光書込み型液晶ライトバルブを利
用した光学的位相変調装置は液晶のTN(Twiste
d Nematic)モードを用イテオリ、印加iif
圧に対する位相変化がπ以下であった。また位相変化は
書込み光の0N10FFによる2値しかとれず、サンプ
ル近似の荒さが原因となる不鮮明な再生像しか得られな
かった。[Problems to be Solved by the Invention] However, the conventional optical phase modulation device using an optically written liquid crystal light valve is
d Nematic) mode, apply iif
The phase change with respect to pressure was less than π. In addition, the phase change could only take two values due to 0N10FF of the writing light, and only an unclear reproduced image was obtained due to the roughness of the sample approximation.
本発明はこのような課題を解決するもので、その目的と
するところは、ECBモードの光書込み型液晶ライトバ
ルブを利用して鮮明かつ精細な再生像の得られる光学的
位相変調装置を実現するものである。The present invention is intended to solve these problems, and its purpose is to realize an optical phase modulation device that can obtain a clear and precise reproduced image by using an ECB mode optical writing type liquid crystal light valve. It is something.
[課題を解決するための手段]
本発明の光学的位相変調装置は、
(1)液晶ライトバルブを利用した光学的位相変調装置
において、前記液晶ライトバルブは、電圧制御複屈折モ
ードで動作する液晶層、誘電体ミラーおよび光導電体層
を有し、前記液晶ライトバルブの前記光導電体層側に、
位相分布を記録するための2次元画像投射光源を備えた
ことを特徴とする。[Means for Solving the Problems] The optical phase modulation device of the present invention has the following features: (1) In the optical phase modulation device using a liquid crystal light valve, the liquid crystal light valve is a liquid crystal that operates in a voltage-controlled birefringence mode. layer, a dielectric mirror, and a photoconductor layer, on the photoconductor layer side of the liquid crystal light valve;
It is characterized by being equipped with a two-dimensional image projection light source for recording phase distribution.
(2)前記II晶プライトバルブおいて、前記液晶層と
前記誘電体ミラーの間に位相板を設置したことを特徴と
する。(2) The II crystal prite valve is characterized in that a phase plate is disposed between the liquid crystal layer and the dielectric mirror.
[実施例コ
以下、本発明の一実施例について図面を用いて詳細に説
明する。[Example 1] Hereinafter, an example of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(実施例1)
第1図は、本発明の光学的位相変調装置に再生のための
光学系を加えた構成図である。(Embodiment 1) FIG. 1 is a configuration diagram in which an optical phase modulation device of the present invention is added with an optical system for reproduction.
信号発生器100からの信号に基づいてレーザ光源10
1からレーザビームが2次元走査され、液晶ライトバル
ブ102に位相パターンが記録される。一方、再生のた
めのレーザ光源107から出射されたビームは、コリメ
ートレンズユ06により平行光となり、ハーフミラ−1
03に入射する。この時、ビームは直線偏光である。ハ
ーフミラ−によって反射されるビームは液晶ライトバル
ブ102に垂直に入射し、先に記録された位相パターン
によって位相変調される。ここで反射されたビームは再
びハーフミラ−に入射し、透過するビームがフーリエ変
換レンズ104により出力面105上へ所望のパターン
を出力する。Laser light source 10 based on the signal from signal generator 100
A laser beam is two-dimensionally scanned from 1, and a phase pattern is recorded on the liquid crystal light valve 102. On the other hand, the beam emitted from the laser light source 107 for reproduction is turned into parallel light by the collimating lens unit 06, and the beam is turned into parallel light by the half mirror 1.
03. At this time, the beam is linearly polarized. The beam reflected by the half mirror enters the liquid crystal light valve 102 perpendicularly and is phase modulated by the previously recorded phase pattern. The beam reflected here enters the half mirror again, and the transmitted beam is outputted onto the output surface 105 by the Fourier transform lens 104 in a desired pattern.
第5図はECBモードの液晶ライトバルブ102から得
られた位相変化と印加電圧の関係を示したものである。FIG. 5 shows the relationship between the phase change obtained from the liquid crystal light valve 102 in ECB mode and the applied voltage.
この液晶ライトバルブは、ホモシニアス配向の液晶層を
有する。すなわち、液晶分子の配向は基板に対して水平
である。液晶のりタープ−ジョン△ndが任意にとれる
ため2π以上の位相変化が印加電圧に応じて連続的に得
られる。This liquid crystal light valve has a liquid crystal layer with homocyanous alignment. That is, the orientation of liquid crystal molecules is horizontal to the substrate. Since the phase change Δnd of the liquid crystal can be set arbitrarily, a phase change of 2π or more can be continuously obtained depending on the applied voltage.
以上のようにして得た光学的位相変調装置は、ECBモ
ードの液晶ライトバルブが有する位相変調効果を使って
、レーザビームに対する所定の位相変調を行なうことが
できた。2π以上の位相変化からサンプリングの量子化
数が増加し、さらにそれらのサンプルを高密度に配列し
たことにより、再生像は鮮明かつ精細であった。The optical phase modulation device obtained as described above was able to perform predetermined phase modulation on a laser beam by using the phase modulation effect of the ECB mode liquid crystal light valve. The reproduced image was clear and precise because the number of quantized samples was increased due to a phase change of 2π or more, and the samples were arranged in a high density.
〈実施例2)
本実施例では、位相パターンの記録に用いる2次元画像
投射光源にCRTを用いた。第4図に本発明の光学的位
相変調装置と再生のための光学系の構成図を示した。Example 2 In this example, a CRT was used as a two-dimensional image projection light source used to record a phase pattern. FIG. 4 shows a configuration diagram of the optical phase modulation device of the present invention and the optical system for reproduction.
信号発生器100からの信号に基づいてCRT400か
ら出射した光は、 レンズ401を通り液晶ライトバル
ブ102に投射され位相パターンが記録される。一方、
再生のためのレーザ光源107から出射さ肴たビームは
、コリメートレンズ106により平行光となり、ハーフ
ミラ−103に入射する。この時、ビームは直線偏光で
ある。ハーフミラ−によって反射されるビームは液晶ラ
イトバルブ102に垂直に入射し、先に記録された位相
パターンによって位相変調される。ここで反射されたビ
ームは再びハーフミラ−に入射し、透過するビームがフ
ーリエ変換レンズ104により出力面105上へ所望の
パターンを出力する。Light emitted from the CRT 400 based on the signal from the signal generator 100 passes through a lens 401 and is projected onto the liquid crystal light valve 102, where a phase pattern is recorded. on the other hand,
A beam emitted from a laser light source 107 for reproduction is turned into parallel light by a collimating lens 106 and enters a half mirror 103. At this time, the beam is linearly polarized. The beam reflected by the half mirror enters the liquid crystal light valve 102 perpendicularly and is phase modulated by the previously recorded phase pattern. The beam reflected here enters the half mirror again, and the transmitted beam is outputted onto the output surface 105 by the Fourier transform lens 104 in a desired pattern.
液晶ライトバルブ得られた位相変化と印加電圧の関係は
実施例1と同様で、2π以上の位相変化がLFj力0電
圧に応じて連続的にとれる。The relationship between the phase change obtained in the liquid crystal light valve and the applied voltage is the same as in Example 1, and a phase change of 2π or more can be continuously obtained depending on the LFj force and zero voltage.
以上のようにして得た光学的位相変調装置は、ECBモ
ードの液晶ライトバルブが有する位相変調効果を使って
、し・−サビームに対する所定の位相変調を行なうこと
ができ、実施例1と同様、その再生像は鮮明かつM M
iであった。The optical phase modulation device obtained as described above can perform a predetermined phase modulation on the laser beam by using the phase modulation effect of the ECB mode liquid crystal light valve, and as in Example 1, The reproduced image is clear and M M
It was i.
〈実施例3)
第2図は、本発明の光学的位相変調装置の構成図である
。<Embodiment 3> FIG. 2 is a block diagram of an optical phase modulation device of the present invention.
信号発生器100からの信号に基づいてレーザ光源10
1からレーザビームが走査され、液晶ライトバルブ20
0に位相パターンが記録される。Laser light source 10 based on the signal from signal generator 100
A laser beam is scanned from 1 to 20, and the liquid crystal light valve 20
A phase pattern is recorded at 0.
一方、再生のためのレーザ光源゛]07から出射された
ビームは、コリメートレンズ106により平行光となり
、偏光ビームスプリッタ201に入射する。この時、ビ
ームは紙面に垂直な直線偏光であり、偏光ビームスプリ
ッタで反射されるように偏光面をそろえておく。ビーム
は液晶ライトバルブに垂直に入射し、先に記録された位
相パターンによって位相変調される。ここで変調された
ビームは液晶ライトバルブで反射される際に位相板を通
り、偏光面が90°回転して紙面に平行な偏光となって
偏光ビームスプリッタに入射する。このビームはそのま
ま偏光ビームスプリッタを通過し、フーリエ変換レンズ
104により出力面105上へ所望のパターンを出力す
る。On the other hand, the beam emitted from the laser light source 07 for reproduction becomes parallel light by the collimating lens 106 and enters the polarizing beam splitter 201. At this time, the beam is linearly polarized light perpendicular to the plane of the paper, and the planes of polarization are aligned so that it is reflected by the polarizing beam splitter. The beam enters the liquid crystal light valve perpendicularly and is phase modulated by the previously recorded phase pattern. When the modulated beam is reflected by the liquid crystal light valve, it passes through a phase plate, and the plane of polarization is rotated by 90 degrees to become polarized light parallel to the plane of the paper, which then enters the polarizing beam splitter. This beam passes through the polarizing beam splitter as it is, and outputs a desired pattern onto the output surface 105 by the Fourier transform lens 104.
第3図は、本発明の光学的位相変調装置における液晶ラ
イトバルブの断面図である。図中、1はガラス基板、2
は透明電極、3は光導電体層、4は誘電体ミラーである
。また、5は位相板、6は液晶配向膜、7は液晶層であ
る。FIG. 3 is a sectional view of a liquid crystal light valve in the optical phase modulation device of the present invention. In the figure, 1 is a glass substrate, 2
3 is a transparent electrode, 3 is a photoconductor layer, and 4 is a dielectric mirror. Further, 5 is a phase plate, 6 is a liquid crystal alignment film, and 7 is a liquid crystal layer.
本実施例の位相板は、光学 第19巻 p、93記載の
方法IこよりTa205を誘電体ミラーの上に斜め蒸着
したものである。この位相板は回折格子の偏光特性を利
用したものであり、斜め蒸着膜が位相型回折格子の機能
を有している。The phase plate of this example is obtained by diagonally depositing Ta205 on a dielectric mirror using Method I described in Optics Vol. 19, p. 93. This phase plate utilizes the polarization characteristics of a diffraction grating, and the obliquely deposited film has the function of a phase type diffraction grating.
液晶ライトバルブ中で偏光面が回転することを説明する
。先のようにして得た液晶ライトバルブに、液晶の配向
方向と偏光方向をそろえたレーザビームを入射すると、
レーザビームは液晶層で位相変調された後、位相板の作
用により円偏光となり誘電、体ミラーで反射される。こ
こからビームは再び位相板を通過して入射時の偏光方向
と90゜回転した直線偏光となる。このビームはそのま
ま液晶層を通過する6
本実施例ではTa205層を位相板として用いたが、偏
光機能をもつ回折格子を同じように用いることができる
。その場合は、格子のピッチをレーザビームの波長以下
にする必要がある。Explain that the plane of polarization rotates in a liquid crystal light valve. When a laser beam with the alignment direction of the liquid crystal and the polarization direction aligned is incident on the liquid crystal light valve obtained as above,
After the laser beam is phase-modulated in the liquid crystal layer, it becomes circularly polarized light by the action of the phase plate and is reflected by the dielectric and body mirrors. From here, the beam passes through the phase plate again and becomes linearly polarized light rotated by 90° with respect to the polarization direction at the time of incidence. This beam passes through the liquid crystal layer as it is.6 In this example, a Ta205 layer was used as a phase plate, but a diffraction grating with a polarizing function can be used in the same way. In that case, the pitch of the grating must be less than or equal to the wavelength of the laser beam.
また、本実施例ではTa2’sを用いたが、使用するレ
ーザビームの波長領域で実質的に透明であり位相板とし
て機能するものであればよい。Furthermore, although Ta2's is used in this embodiment, any material may be used as long as it is substantially transparent in the wavelength range of the laser beam used and functions as a phase plate.
さらに、斜め蒸着膜は液晶の配向膜として用いることが
でき、その場合は液晶配向膜を設ける必要はない。Furthermore, the obliquely deposited film can be used as a liquid crystal alignment film, and in that case, there is no need to provide a liquid crystal alignment film.
位相変化と印加電圧の関係は第5図のようになり、実施
例1と同様に2π以上の位相変化が連続してとれる。The relationship between the phase change and the applied voltage is as shown in FIG. 5, and as in the first embodiment, a continuous phase change of 2π or more can be obtained.
以」−のようにして得た光学的位相変調装rは、ECB
モードの液晶ライトバルブが有する位相変調効果を使っ
てレーザビームに対する所定の位相変調を行なうことが
でき、実施例1と同様、その再生像は鮮明かつ精細であ
った。また、実施例1および実施例2と異なり、偏光ビ
ームスプリッタを用いてレーザビームのロスを防ぐこと
ができるので、但出力で良好な再生像が得られた。The optical phase modulator r obtained as follows is the ECB
A predetermined phase modulation of the laser beam could be performed using the phase modulation effect of the mode liquid crystal light valve, and as in Example 1, the reproduced image was clear and precise. Further, unlike Examples 1 and 2, a polarizing beam splitter was used to prevent loss of the laser beam, so a good reproduced image was obtained at the output.
[発明の効果]
以上述べてきたように本発明によれば、液晶ライトバル
ブに記録される位相パターンが電極マスク等の制限を受
けないため、サンプリングを記録ビーム径の大きさに近
づけることができ、高密度に配列することができる。ま
た、ECBモードを用いているために2π以上の位相変
化が印加電圧に応じて連続的に得られる。これはサンプ
ルの量子化数を大きくし、高いコントラスト比と充分な
階調性を得る効果を有する。これらの効果は、液晶ライ
トバルブが光書込みの反射型であり、光路長が2倍にと
れコントラストが高く得られることによりさらに助長さ
れる。従って、鮮明かつ高精細な再生を行うことができ
る。[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, the phase pattern recorded on the liquid crystal light valve is not limited by an electrode mask or the like, so sampling can be made close to the recording beam diameter. , can be arranged in high density. Furthermore, since the ECB mode is used, a phase change of 2π or more can be continuously obtained depending on the applied voltage. This has the effect of increasing the quantization number of the sample and obtaining a high contrast ratio and sufficient gradation. These effects are further enhanced by the fact that the liquid crystal light valve is of a reflective type for optical writing, which doubles the optical path length and provides high contrast. Therefore, clear and high-definition reproduction can be performed.
また、本発明によれば、ハーフミラ−や偏光ビームスプ
リッタを用いて光学系をコンパクトにすることができる
。Further, according to the present invention, the optical system can be made compact by using a half mirror or a polarizing beam splitter.
本発明の液晶ライトバルブによれば、偏光ヒームスプリ
ツタを用いて光のロスのない光学系を構成できる。これ
は本発明による位相パターンの記録の他に一般の画像情
報等の処理にも応用でき、反射型としてコンパクトで設
計の容易な光学系を実現できる。According to the liquid crystal light valve of the present invention, an optical system without light loss can be configured using a polarizing heam splitter. This can be applied not only to recording the phase pattern according to the present invention but also to processing general image information, etc., and can realize a reflective optical system that is compact and easy to design.
本実施例では、位相パターンの記録に用いる光源にはレ
ーザビーム、CRTを用いたが、これらの液晶ライトバ
ルブへの記録を高速に行なうことにより、実時間処理も
可能である。従って、光相関器、光コンピュータ、光イ
ンターコネクション等へ応用できる。In this embodiment, a laser beam and a CRT are used as light sources for recording the phase pattern, but real-time processing is also possible by recording on these liquid crystal light valves at high speed. Therefore, it can be applied to optical correlators, optical computers, optical interconnections, etc.
第1図は、本発明の実施例1における光学的位相変調装
置の構成図である。
第2図は、本発明の実施例3における光学的位相変調装
置の構成図である。
第3図は、本発明の実施例3における光学的位相変調装
置の液晶ライトバルブの断面図である。
第4スは、本発明の実施例2における光学的位相変調装
置の構成図である。
第5図は、本発明の光学的位相変調装置の液晶ライトバ
ルブの位相変調特性を説明するための図である。
第6図は、従来の光学的位相変調装置の構成図である。
100 ・・・ 信号発生器
101 ・・・ レーザ光源<i5録)102 ・・
光書込み型液晶ライトバルブ103 ・・・ ハーフ
ミラ−
104・・・ コリメートレンズ
105 ・・・ 出力面
106 ・・・ フーリエ変換レンズ
107 ・・・ レーザ光源(再生)
108 ・・・ 光学的位相変調装置
109 ・・・ 光学的位相変調装置
200 ・・・ 位相板を有する光書込み型液晶ライト
バルブ
201 ・・・ 偏光ビームスプリッタ300 ・・
・ 透過型液晶ライトバルブ301 ・・・ 偏光板
400 ・・・ CRT
401 ・・・ レンズ
500 ・・・ 基板
501 ・・・ 透明電極
502 ・・・ 光導電体層
503 ・・・ 誘電体ミラー
504 ・・・ 位相板
505 ・・・ 液晶配向膜
506 ・・・ 液晶層
以 上
弔1図
粛2図
印加電圧(V)
第5図FIG. 1 is a configuration diagram of an optical phase modulation device in Example 1 of the present invention. FIG. 2 is a configuration diagram of an optical phase modulation device according to a third embodiment of the present invention. FIG. 3 is a sectional view of a liquid crystal light valve of an optical phase modulation device according to a third embodiment of the present invention. The fourth example is a configuration diagram of an optical phase modulation device according to a second embodiment of the present invention. FIG. 5 is a diagram for explaining the phase modulation characteristics of the liquid crystal light valve of the optical phase modulation device of the present invention. FIG. 6 is a block diagram of a conventional optical phase modulation device. 100... Signal generator 101... Laser light source <i5 record) 102...
Optical writing type liquid crystal light valve 103... Half mirror 104... Collimating lens 105... Output surface 106... Fourier transform lens 107... Laser light source (reproduction) 108... Optical phase modulation device 109 ... Optical phase modulator 200 ... Optical writing type liquid crystal light valve 201 having a phase plate ... Polarizing beam splitter 300 ...
- Transmissive liquid crystal light valve 301 ... Polarizing plate 400 ... CRT 401 ... Lens 500 ... Substrate 501 ... Transparent electrode 502 ... Photoconductor layer 503 ... Dielectric mirror 504 - ... Phase plate 505 ... Liquid crystal alignment film 506 ... Liquid crystal layer and above Applied voltage (V) Fig. 5
Claims (2)
において、前記液晶ライトバルブは、電圧制御複屈折モ
ードで動作する液晶層、誘電体ミラーおよび光導電体層
を有し、前記液晶ライトバルブの前記光導電体層側に、
位相分布を記録するための2次元画像投射光源を備えた
ことを特徴とする光学的位相変調装置。(1) In an optical phase modulation device using a liquid crystal light valve, the liquid crystal light valve has a liquid crystal layer that operates in a voltage-controlled birefringence mode, a dielectric mirror, and a photoconductor layer; On the photoconductor layer side,
An optical phase modulation device comprising a two-dimensional image projection light source for recording phase distribution.
記誘電体ミラーの間に位相板を設置したことを特徴とす
る請求項1記載の光学的位相変調装置。(2) The optical phase modulation device according to claim 1, wherein in the liquid crystal light valve, a phase plate is installed between the liquid crystal layer and the dielectric mirror.
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP30783890A JPH04178616A (en) | 1990-11-14 | 1990-11-14 | Optical phase modulator |
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---|---|---|---|
JP30783890A JPH04178616A (en) | 1990-11-14 | 1990-11-14 | Optical phase modulator |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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JPH04178616A true JPH04178616A (en) | 1992-06-25 |
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ID=17973810
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP30783890A Pending JPH04178616A (en) | 1990-11-14 | 1990-11-14 | Optical phase modulator |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JPH04178616A (en) |
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