JPH04263216A - 光情報処理装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、強誘電性液晶表示装置
を書換え可能なホログラムとして用いた光情報処理装置
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図２は、書換え可能なホログラムを用い
た光情報処理装置の概念図である。この装置は、書換え
可能なホログラム１と、入力光ＩＬをホログラム１に導
入する導入光学系２と、ホログラム１により回折された
光を受けるための、光センサまたは光ファイバのアレイ
からなる受光部３と、ホログラム１を書換えるための駆
動装置４とから構成されている。

【０００３】このような構成において、入力光ＩＬはホ
ログラム１により振幅あるいは位相が変調されて、適当
な方向分布を持った光として出力される。この光が受光
部３に導入され、出力光ＯＬが取り出される。このよう
にして、入出力間のいわゆる光インタ−コネクションが
形成できる。

【０００４】ここで、駆動装置４によりホログラム１を
書換えると、光インタ−コネクションの切換えが可能と
なる。例えば、入側と出側を光ファイバとすれば光ファ
イバ間の信号の交換が実現でき、入側と出側をＯＥＩＣ
とすればＩＣ間のダイナミックなインタ−コネクション
が実現でき、さらに入側と出側をニュ−ロン素子とすれ
ばニュ−ラルネットワ−クが実現でき、高機能な光情報
処理装置が構成できる。

【０００５】上記のように、書換え可能なホログラムを
用いた光情報処理装置には、種々の機能のものが考えら
れ、その実現が待ち望まれている。これを実現する具体
的な方法として、従来よりホトクロミック膜、ホトリフ
ラクティブ結晶、サ−モプラスティック、液晶表示装置
等をホログラムとして用いたものが提案されている。こ
れらの内、前三者は書き込みに光を用いる必要があるた
め、装置構成が複雑になる欠点がある。

【０００６】これに対して、液晶表示装置は、電気的な
書き込みによりホログラムを書換えることができるため
、装置構成が簡単となる利点がある。液晶表示装置の内
でも、特に、強誘電性液晶を用いたものは、メモリ性が
あることと、高速応答性があることから、光情報処理装
置への適応性が高い。

【０００７】図３は、一般的な強誘電性液晶表示装置の
原理を説明するための図である。図３において、１１は
強誘電性液晶板、１２，１３は偏向板、１２ａ，１３ａ
は偏光板１２，１３の偏光方向、Ｐは強誘電性液晶板１
１を通過する光の偏光方向を示している。

【０００８】強誘電性液晶板１１の前後には、偏向板１
２，１３が互いの偏光方向が直交するように設置されて
いる。特に、強誘電性液晶が、正負の電圧を印加したと
き、正電圧を印加した領域での液晶分子ＬＣの配向方向
と負電圧を印加した領域での液晶分子ＬＣの配向方向と
がなす角（以下、コ−ン角という）ＣＡは理想的には４
５度であり、一方の状態における液晶の光学軸が、いず
れかの偏向板の向きに一致するようにしてある。また、
液晶の厚さは、常光と異常光の屈折率差によって生ずる
位相差が、丁度πとなるように設定されている。

【０００９】このような構成において、偏向板１２を介
し強誘電性液晶板１１の領域Ａを通過した光は、偏光方
向が変化せず出側の偏向板１３で制限されるが、領域Ｂ
を通過した光は、偏光方向が９０度回転されて出側の偏
向板１３を通過する。このように、液晶の状態の違いが
偏向板によって光の強度の違いに変換され、所定のパタ
−ンが表示される。

【００１０】このような強誘電性液晶表示装置に、ホロ
グラムパタ−ンを表示すれば、これにより光の振幅が変
調され、回折像が得られることは明らかである。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
強誘電性液晶表示装置は、画像の表示を目的としており
、図３から明らかなように、領域Ｂを通過する光だけし
か利用していないため、ホログラムとしては回折効率が
低く、光情報処理装置を構成した場合損失が大きくなる
という問題点があった。

【００１２】本発明は、かかる事情に鑑みてなされたも
のであり、その目的は、強誘電性液晶表示装置をホログ
ラムとして用いた場合の回折効率の増大を図れ、低損失
で信頼性の高い光情報処理装置を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
、本発明によれば、強誘電性液晶板からなる強誘電性液
晶表示装置と、前記強誘電性液晶表示装置に入力光を導
入する入力部と、前記強誘電性液晶表示装置により回折
された光を受けるための受光部と、前記強誘電性液晶表
示装置を駆動するための駆動装置とを備え、前記強誘電
性液晶板が、正・負の電圧を印加したとき、正電圧を印
加した領域での液晶分子の配向方向と、負電圧を印加し
た領域での液晶分子の配向方向とがなす角が３０度乃至
１５０度に設定された。

【００１４】

【作用】本発明によれば、強誘電性液晶板の所定の領域
に入射し、所定の回折作用を受けた各光は、例えば各々
の領域内で干渉し所定強度の回折像が重なって形成され
る。これが強度として足し合わされて高い回折効率が得
られる。

【００１５】

【実施例】図１は、本発明に係る光情報処理装置の第１
の実施例を示す構成図である。図１において、２１は透
過型の強誘電性液晶表示装置、２２は入力光導入用の光
学系としてのマイクロレンズアレイ、２３は駆動装置、
２４は受光部としての入力光ファイバ群、２５は出力光
ファイバ群、ＩＬは入射光、ＤＬは回折光である。強誘
電性液晶表示装置２１は、図４および図５に示すように
、偏向板を用いず強誘電性液晶板２１１のみから構成さ
れており、ホログラムパタ−ンは駆動装置２３により所
定領域毎に独立に与えられ、そのコ−ン角ＣＡ（駆動装
置２３により図示しない透明電極に正負の電圧を印加し
たとき、正電圧を印加した領域での液晶分子ＬＣの配向
方向と負電圧を印加した領域での液晶分子ＬＣの配向方
向とがなす角）は、後記する理由によ３０度から１５０
度の範囲に設定される。

【００１６】このように偏向板を取り除いた強誘電性液
晶表示装置２１では、例えば図４に示すようにコ−ン角
ＣＡを４５度に設定した場合、強誘電性液晶板２１１の
領域Ａの光軸方向に偏向した光を導入すると、Ａの領域
では偏光方向はそのまま、領域Ｂでは偏光方向が９０度
回転して出力される。この二つの光は、偏光方向が直交
しているため、互いには干渉せず、各々の領域内で干渉
し、同じ強度の回折像が重なって形成される。これが強
度として足し合されて、通常の場合の２倍の回折効率が
得られる。

【００１７】また、上記の場合の領域Ａおよび領域Ｂに
おける回折像は、バビネットの原理により同じ強度で逆
位相となることが知られている。これを考慮すると、図
５に示すように、コ−ン角ＣＡを９０に設定すると、出
力光を逆位相とすれば、二つの回折像が強め合ってさら
に２倍の回折効率が得られる。

【００１８】さらに、０度から１８０度の範囲内で詳細
な回折を行うと、回折効率のコ−ン角依存性は、図６に
示すようになる。図６では、デュ−テイ比１の回折格子
パタ−ンを用いたときの回折効率を示しており、図中破
線で示す直線は従来品の回折効率の最大値（１０％）を
示している。

【００１９】図６から明らかなように、コ−ン角ＣＡが
３０度から１５０度の範囲で、従来の強誘電性液晶表示
装置を用いた場合に比べて大きな回折効率が得られる。 具体的には、例えばコ−ン角ＣＡを９０度とすると回折
効率４０％と従来の４倍にまで達する。

【００２０】なお、上記の説明では分り易くするため、
入射光の偏光方向を領域Ａでの強誘電性液晶の光軸方向
としたが、入射光の偏光方向によらず、同様の結果が得
られる。また、図６ではデュ−テイ比１の回折格子パタ
−ンを用いたときの回折効率を示したが、ホログラムパ
タ−ンによらず同様の結果が得られる。

【００２１】マイクロレンズアレイ２２は、各レンズが
入力光ファイバ群２４の各光ファイバの光出射端面と対
向するように配置されており、光ファイバの出射光を平
行光に変換して強誘電性液晶板２１の各所定領域に入射
させる。

【００２２】出力光ファイバ群２５は、強誘電性液晶板
２１の光出射面側に配置され、それぞれ強誘電性液晶板
２１による回折光がその端面から入射され、次段の光伝
送路へ出力する。

【００２３】次に、上記構成による動作を説明する。

【００２４】入力光ファイバ群２４に導波されその端面
から出射した各々の光ＩＬは、マイクロレンズアレイ２
２により平行光とされて、強誘電性液晶表示装置２１の
所定の領域にそれぞれ導入される。このときホログラム
パタ−ンは、駆動装置２３により、各々の入射光ＩＬが
導入される部分ごとに、独立に与えられる。

【００２５】強誘電性液晶表示装置２１に入射した光は
、その進行方向がホログラムパタ−ンにより適当な方向
に曲げられ、回折光ＤＬとして出力ファイバ群２５の所
定の光ファイバに集光され、次段の光伝送路へ送出され
る。

【００２６】また、駆動装置２３の制御の下にホログラ
ムパタ−ンを変えると、例えば図１中実線で示す光路か
ら破線で示す光路に切り替えられ、集光する光ファイバ
が変更される。このようにして、光ファイバ間の信号の
交換が実現される。

【００２７】以上説明したように、本第１の実施例によ
れば、強誘電性液晶表示装置をホログラムに用いたとし
ても回折効率の増大を図ることができ、損失の少ない光
情報処理装置を実現できる。

【００２８】図７は、本発明に係る光情報処理装置の第
２の実施例を示す構成図である。本第２の実施例が前記
第１の実施例と異なる点は、強誘電性液晶表示装置２１
ａとして、透過型のものに代えて反射型のものを用いた
ことにある。

【００２９】反射型の強誘電性液晶表示装置２１ａは、
一方の液晶面側に反射板を配置して、液晶を透過した入
射光ＩＬを反射し再び液晶を透過させて光の強度を変調
するものである。このため、本第２の実施例では、図６
の出力側を強誘電性液晶表示装置面で面対象に折返した
装置構成として、同一機能を得ている。しかし、そのま
ま出力側を折返すと、入力光学系と出力光学系が重なり
合ってしまう。そこで、図７に示したように、入射光Ｉ
Ｌを強誘電性液晶表示装置２１ａの面に対して斜めに入
射させ、入力ファイバ群２４と出力ファイバ群２５とを
、強誘電性液晶表示装置２１ａの他方の液晶面側に配置
している。

【００３０】本第２の実施例においては、入射光ＩＬが
強誘電性液晶表示装置２１ａの面に対して垂直に入射し
ていないため、反射板による偏光の変化を考慮する必要
があるが、垂直に近い入射条件で使用する限り、前記第
１の実施例と同様の効果が得られることは明らかである
。

【００３１】図８は、本発明に係る光情報処理装置の第
３の実施例を示す構成図である。本第３の実施例が前記
第２の実施例と異なる点は、強誘電性液晶表示装置２１
ｂとして反射板を用いたものに代えて、近年ホログラフ
ィへの応用が実証され注目を浴びている、光書込型の強
誘電性液晶表示装置を用いたことにある。

【００３２】この光書込型の強誘電性液晶表示装置２１
ｂは良く知られたもの（例えば、辻内他：光情報処理、
オ−ム社、１９８９年、ｐ１７１）であるが、その構造
は図９に示すようなものである。

【００３３】図９において、２１２ａ，２１２ｂは透明
基板、２１３ａ，２１３ｂは透明電極、２１４ａ，２１
４ｂは液晶配向膜、２１５は液晶層、２１６は誘電体反
射膜、２１７は遮光層、２１８は光伝導体層、２１９は
電源、ＲＬは読み出し光、ＷＬは書き込み光である。

【００３４】この動作は、書き込み光ＷＬを透明基板２
１２ｂ側から光伝導体層２１８に入射させることにより
光伝導体層２１８の抵抗を変化させる。これにより液晶
層２１５に印加される電圧を変化させ、このとき透明基
板２１２ａ側から液晶層２１５に入射した読み出し光Ｒ
Ｌを変調する。

【００３５】このように、光書込型の強誘電性液晶表示
装置２１ｂは、反射型の機能を有している。従って、光
ファイバ間の信号の交換に適用したときの装置構成は、
図８に示したように、一方の面側の書込光学系を除けば
、図７の反射型を用いたものと同じ構成となる。また、
図８において、２６ａ，２６ｂは光ファイバ群、２７は
マイクロレンズアレイである。

【００３６】光書き込みは、入射光ＩＬと強誘電性液晶
表示装置２１ｂに対して面対称な平行光ＰＬと、出力フ
ァイバと強誘電性液晶表示装置２１ｂに対して面対称な
位置から、強誘電性液晶表示装置２１ｂの多面に向う発
散光ＤＶとによる干渉パタ−ンにより行う。

【００３７】本第３の実施例においても、コ−ン角ＣＡ
が３０度乃至１５０度の強誘電性液晶を用いると、回折
効率の増大が得られることは明らかである。

【００３８】なお、上記の説明では、光ファイバ間の信
号の交換に適用した場合について述べたが、他の応用、
例えば、ＩＣ間のダイナミックなインタ−コネクション
や、ニュ−ラルネットワ−クへの適用の場合についても
同様の効果が得られることはいうまでもない。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
強誘電性液晶表示装置をホログラムに用いた場合の、回
折効率の増大を図ることができ、損失が少なく信頼性の
高い光情報処理装置を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る光情報処理装置の第１の実施例を
示す構成図である。

【図２】書換え可能なホログラムを用いた光情報処理装
置の概念図である。

【図３】従来の強誘電性液晶表示装置の説明図である。

【図４】本発明に係るコ−ン角４５度の強誘電性液晶表
示装置の説明図である。

【図５】本発明に係るコ−ン角９０度の強誘電性液晶表
示装置の説明図である。

【図６】強誘電性液晶表示装置における回折効率のコ−
ン角依存性を示す図である。

【図７】本発明に係る光情報処理装置の第２の実施例を
示す構成図である。

【図８】本発明に係る光情報処理装置の第３の実施例を
示す構成図である。

【図９】光書込型の強誘電性液晶表示装置の構造図であ
る。

【符号の説明】

２１，２１ａ，２１ｂ…強誘電性液晶表示装置２１１…
強誘電性液晶板 ２２，２７…マイクロレンズアレイ ２３…駆動装置 ２４…入力光ファイバ群 ２５…出力光ファイバ群 ＣＡ…コ−ン角 ＩＬ…入射光 ＤＬ…回折光 ＰＬ…平行光 ＤＶ…発散光

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　強誘電性液晶板からなる強誘電性液晶
   表示装置と、前記強誘電性液晶表示装置に入力光を導入
   する入力部と、前記強誘電性液晶表示装置により回折さ
   れた光を受けるための受光部と、前記強誘電性液晶表示
   装置を駆動するための駆動装置とを備え、前記強誘電性
   液晶板が、正・負の電圧を印加したとき、正電圧を印加
   した領域での液晶分子の配向方向と、負電圧を印加した
   領域での液晶分子の配向方向とがなす角が３０度乃至１
   ５０度に設定されたことを特徴とする光情報処理装置。