JPH04505374A - Fast optical protection using smectic liquid crystals - Google Patents

Fast optical protection using smectic liquid crystals

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JPH04505374A
JPH04505374A JP50829990A JP50829990A JPH04505374A JP H04505374 A JPH04505374 A JP H04505374A JP 50829990 A JP50829990 A JP 50829990A JP 50829990 A JP50829990 A JP 50829990A JP H04505374 A JPH04505374 A JP H04505374A
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optical limiter
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    • G02F1/0063Optical properties, e.g. absorption, reflection or birefringence

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。 (57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 スメクチック液晶を用いた高速光学的保護技術分野 この発明は、一般に液晶装置に関するものであり、特にスメクチック液晶を用い た光学的リミッタに関するものである。[Detailed description of the invention] High-speed optical protection technology field using smectic liquid crystal The present invention relates generally to liquid crystal devices, and particularly to liquid crystal devices using smectic liquid crystals. The present invention relates to an optical limiter.

背景技術 液晶材料は主に3種類に分類される。これらには、スメクチック、ネマチックお よびコレステリック液晶材料が含まれる。Background technology Liquid crystal materials are mainly classified into three types. These include smectic, nematic and and cholesteric liquid crystal materials.

かかる材料は各々特徴的な構造および動作特性を有する。例えば、ネマチック液 晶材料の幾つかのタイプは異方性であり、かつ複屈折である。さらに、若干の液 晶材料は、ある温度においてスメクチック相といわれる相と、また異なる温度に おいてネマチック相といわれる異なる相との特徴を有していてもよい。Each such material has distinctive structural and operational properties. For example, nematic liquid Some types of crystalline materials are anisotropic and birefringent. In addition, some liquid Crystalline materials have a phase called smectic phase at one temperature and a phase called smectic phase at a different temperature. It may have the characteristics of a different phase called a nematic phase.

更に、幾つかのタイプのスメチック液晶材料がある。これら、の2つのタイプに は、スメクチックAとして示されるものと、スメクチックCとして示されるもの とがある。スメクチック液晶材料の各タイプは、既知の特別な特徴を有する。ス メチック液晶材料の一般的な特徴は、液晶材料が一般に層内において平行に配向 する傾向があることである。これに対し、ネマチック液晶は一般に平行に配向は するが、層内における定位置配向は育しない傾向を示し、また、コレステリック およびねじれネマチック液晶は一般にねじれまたは螺旋形に配向する傾向があり 、これらのすべてのことはよく知られていることである。ここで使用する液晶の 配向または液晶構造は、液晶の配向ベクトル(director)の配向特性に 言及しているものとする。Additionally, there are several types of smectic liquid crystal materials. These two types are designated as smectic A and as smectic C. There is. Each type of smectic liquid crystal material has known special characteristics. vinegar A general feature of metic liquid crystal materials is that the liquid crystal materials are generally aligned parallel within the layer. This is something that there is a tendency to do. In contrast, nematic liquid crystals are generally aligned parallel to each other. However, the orientation within the layer does not tend to grow, and cholesteric and twisted nematic liquid crystals generally tend to be twisted or helically oriented. , all these things are well known. The LCD used here Orientation or liquid crystal structure depends on the alignment characteristics of the liquid crystal director. Assume that it is mentioned.

従来における収納媒体内のネマチック液晶材料の複屈折特性の一例使用は、入射 光の散乱を制御するものであった。例えば、液晶の常光屈折率と異常光屈折率と がそれぞれ媒体の屈折率と同じおよび異なる場合、異常光屈折率が出現した場合 には、光は液晶と媒体の界面で屈折しかつ散乱し、また常光屈折率が出現した場 合には、光は実質的な屈折または散乱をすることなく透過する。さらに、多色性 染料はネマチック液晶材料と一緒に使用されており、この液晶材料は染料に対す る上述の入射光に応答するか、フィルターに応答するか、あるいは、例えば液晶 材料や染料の構造特性の作用としての吸収光に応答するものである。An example of the birefringent property of a nematic liquid crystal material in a conventional storage medium is the use of It controlled the scattering of light. For example, the ordinary refractive index and extraordinary refractive index of a liquid crystal are are the same and different from the refractive index of the medium, respectively, when an extraordinary optical refractive index appears. In this case, light is refracted and scattered at the interface between the liquid crystal and the medium, and when the ordinary refractive index appears, In this case, the light is transmitted without substantial refraction or scattering. Furthermore, pleochroism The dye is used together with a nematic liquid crystal material, which is sensitive to the dye. respond to the above-mentioned incident light, respond to a filter, or e.g. It is a response to absorbed light as a function of the structural properties of the material or dye.

スメクチック液晶材料は、一般に線状または層状である構造により特徴付けられ ている。スメクチック液晶材料は最近まで使用されておらず、その後、表示装置 の限定された構造および若干の記憶装置に使用されている。スメクチック相は一 般に、常に光学的用途に関係する対応するネマチックまたはコレステリック相よ りも低い温度で生ずる。早期のスメクチッ・り液晶材料は、スメクチック相の性 質が、より高い温度の相よりも配向または液晶構造の配列を困難とするために、 使用されていなかった。Smectic liquid crystal materials are characterized by a structure that is generally linear or layered. ing. Smectic liquid crystal materials were not used until recently, and then is used for limited structure and some storage. The smectic phase is one In general, the corresponding nematic or cholesteric phase, which is always relevant for optical applications, is This also occurs at low temperatures. Early smectic liquid crystal materials had smectic phase properties. quality makes alignment or alignment of the liquid crystal structure more difficult than higher temperature phases. It wasn't used.

カー効果、更に特に電気光学的カー効果は、電気的に誘発される複屈折である。The Kerr effect, and more particularly the electro-optic Kerr effect, is an electrically induced birefringence.

カー効果理論の基礎は、種々の文献で論じられている。例えば、アール、ダブリ ュー、ダッチバーンによるライト、アカデミツクプレス(ロンドン、1976年 )およびマットヤングによるオプティックス アンド レイザース、スブリンガ ーーバーレイジにューヨーク、1984年)がある。かかる本の総ての開示内容 は参考のためにここに取り入れた。The basis of Kerr effect theory is discussed in various literature. For example, are, double Wright by Dutchburn, Academic Press (London, 1976) ) and Optics and Razors by Matt Young, Sbringa --Burrage, New York, 1984). All disclosures in such books is included here for reference.

光は、一般に特定の波長帯または周波数領域における電磁線の形態として参照さ れる用語である。この発明のにおいては、光は可視、紫外および赤外におけるか かる電磁線に言及するのに使用する。一般にここでは、光、電磁エネルギーまた は電磁線に対する参照は、この発明の原理に従い動作する電磁エネルギーまたは 電磁線を意味するものとする。Light is commonly referred to as a form of electromagnetic radiation in a particular wavelength band or frequency range. This is a term that can be used. In this invention, light can be in the visible, ultraviolet and infrared. used to refer to electromagnetic radiation. Generally, light, electromagnetic energy or References to electromagnetic radiation refer to electromagnetic energy or shall mean electromagnetic radiation.

自己集中(Self−focusing )は、材料自体が電磁エネルギー特性 の関数として電磁エネルギーに対して作用の集中タイプ(focusing t ype )を生ずる能力を有することを示すために使用する用語である。更に以 下に述べるように、この発明は光の特性の関数として、自己集中光に対して動作 する。Self-focusing is the electromagnetic energy property of the material itself. focusing type of action on electromagnetic energy as a function of t This is a term used to indicate that a person has the ability to produce Further below As discussed below, the invention operates for self-focusing light as a function of the properties of the light. do.

発明の開示 基本的に、この発明は、入射電磁線の特性の関数として、該電磁線の透過を防止 することにある。透過を防止するとは、例えば散乱、焦点ぼけ、反射および/ま たは吸収等による入射光の直接透過を以下に述べるようにして防止することを意 味する。Disclosure of invention Essentially, the invention prevents the transmission of incident electromagnetic radiation as a function of its properties. It's about doing. Preventing transmission includes, for example, scattering, defocusing, reflection and/or It is intended to prevent direct transmission of incident light due to absorption or absorption as described below. Taste.

光学的密度または光密度は、単位面積当たりの光の強度に言及するものである。Optical density or light density refers to the intensity of light per unit area.

例えば、ある断面積を有する光のビームを広げて、同じ総光量を有するが単位面 積当たりの強度が小さくなるように、より大きな断面積を育するようにすること ができる。For example, a beam of light with a certain cross-sectional area can be expanded to have the same total amount of light but a unit area. Try to grow a larger cross-sectional area so that the strength per unit area becomes smaller. Can be done.

特定の方向Pへ伝搬する光を、例えば、電気ベクトルEと磁気ベクトルBとして 確認される2つの直角位相(quadrature)成分により表すことができ 、これらベクトルは互いに直角でかつ伝搬方向Pに対して直角に伸びていること はよく知られている。以下に更に詳細に述べるこの発明は、入射光の電気ベクト ルEによって表されるエネルギーまたはピークパワー(peakpower ) に応答して光学的制限を行うように動作すると考えられる。For example, let light propagating in a specific direction P be an electric vector E and a magnetic vector B. can be expressed in terms of two quadrature components to be identified. , these vectors are perpendicular to each other and extend perpendicular to the propagation direction P. is well known. The invention, described in more detail below, is based on the electrical vector of incident light. Energy or peak power represented by Le E It is thought that it operates to perform optical restriction in response to.

この発明の好適例および最良形態においては、かかる電磁線は光、更に特にはコ ヒーレント光であり、またかかる特性は干渉度、強度、電気ベクトルの大きさ、 入射エネルギー、ビークパワーまたはこれらの2種以上の組み合わせであり、光 学的制限の程度はかかる特性の値の1つの関数である。In the preferred embodiment and best mode of the invention, such electromagnetic radiation is light, and more particularly radiation. It is a coherent light, and its characteristics include degree of interference, intensity, electric vector size, Incident energy, peak power, or a combination of two or more of these, and light The degree of scientific restriction is a function of the value of such properties.

上述した入射光の直接透過の防止は、例えば、レイリーリミット(Raylei gh 11m1t)を超えた点に光を集中させ、また/あるいは光を集中させ、 次いでこの発明により保護される領域において比較的低い光強度を達成するため に光を十分に拡散させることにより行う。The above-mentioned prevention of direct transmission of incident light is achieved by, for example, the Rayleigh limit. gh 11m1t) and/or concentrate the light on a point beyond 11m1t), In order to then achieve a relatively low light intensity in the area protected by this invention This is done by sufficiently diffusing the light.

概して、この発明においては、入射電磁線に対して応答する装置は、入射電磁線 が透過し得る第1媒体と、入射電磁線の特性に応答してかかる第1媒体と共に協 働して上記第1媒体との界面でかかる電磁線の屈折を行わしめる、上記第1媒体 に配置された液晶手段とを備えている。かかる媒体は、ガラス、プラスチック等 の面とすることができ、好ましくはガラスの板とする。より好ましくは一対のガ ラス板とし、これらの間に液晶材料を挟持する。Generally, in the present invention, a device responsive to incident electromagnetic radiation a first medium through which the incident electromagnetic radiation is transmitted; the first medium, which acts to refract the electromagnetic rays at the interface with the first medium; and liquid crystal means arranged in the. Such media include glass, plastic, etc. It can be a surface, preferably a glass plate. More preferably a pair of gas The liquid crystal material is sandwiched between the lath plates.

この発明の一面においては、光学リミッタが境界媒体間にスメクチック液晶を備 え、この液晶は一般に媒体に対して垂直方向に配向する層において配向する。好 ましくは、かかる媒体はそれぞれ表面を有している。In one aspect of the invention, the optical limiter includes a smectic liquid crystal between the boundary media. However, the liquid crystals are generally oriented in layers that are oriented perpendicular to the medium. good Preferably, each such medium has a surface.

この発明の他の面においては、光学的リミッタが一対の面の間で層状に配向する スメクチック液晶材料と、入射光受光用の入力サイドと、光がリミッタを透過し てリミッタから外に出るための出力サイドとを備え、液晶は、規定値を超える光 入力に応答して該出力サイドから光が出るのを自動的に制限するように光入力に 応答する。In another aspect of the invention, the optical limiter is oriented in layers between a pair of surfaces. Smectic liquid crystal material, input side for receiving incident light, and light passing through the limiter. and the output side to go out from the limiter, and the liquid crystal to the optical input to automatically limit light from exiting that output side in response to the input. respond.

この発明の更に他の面においては、光学的装置が、入射光受光用手段と、該装置 の出力としての出力光の送り出し手段と、入射光を該出力先送り出し手段に向け て該装置から光出力を得るための手段と、該受光用手段と該送り出し手段との間 に、かかる入射光の特性値の関数として出力光の量を制限するように自動的に動 作する光学的リミッタとを備えている。In yet another aspect of the invention, an optical device includes means for receiving incident light; means for delivering output light as an output of the output light, and directing the incident light to the output destination delivery means. means for obtaining light output from the device; and between the light receiving means and the sending means; automatically operates to limit the amount of output light as a function of the characteristic values of such incident light. It is equipped with an optical limiter to create a

上記および他の目的、他の面、特徴、具体例は、本発明に関する以下の詳細な説 明からさらに明らかにする。この発明の幾つかの詳細な実施例をここに掲げるが 、この発明は請求の範囲およびこの均等の範囲から決定されるべきである。These and other objects, other aspects, features, and embodiments of the invention will be apparent from the following detailed description of the invention. More will be revealed from Akira. Some detailed embodiments of this invention are listed here. , the invention should be determined from the claims and their scope of equivalents.

上述のまた関係する目的を達成するために、この発明は、以下に十分に述べかつ 請求の範囲において特に指摘する特徴を具備し、以下の説明および図面はこの発 明の詳細な具体例を示しているが、これらはこの発明の原理を用いることのでき る種々の例のほんの僅かにすぎない。In order to accomplish the above and related objects, the present invention is more fully described and described below. With the features particularly pointed out in the claims, the following description and drawings are incorporated herein by reference. Although detailed specific examples of the present invention are shown, these are examples in which the principles of the invention can be used. These are just a few of the various examples.

〉 図面の簡単な説明 〉 第1図は、光を制限することなくかかる光を透過させる動作を示すこの発明 の光学的リミッタの略図であり、第2図は、光学的制限を行わしめる動作を示す 第1図の光学的リミッタの部分拡大図であり、 第3A図、第3B図および第3C図は、ネマチック、コレステリックまたはねじ れネマチック、およびスメクチックの液晶材料の通常の配向特性を示す略図であ り、第4図は、この発明の光学的リミッタの光学的パワー制限特性を示すグラフ で、直交軸は光学的リミッタへのエネルギー人力のマイクロジュールと光学的リ ミッタによるエネルギー出力のマイクロジュールにより目盛り付けされており、 第5A図から第5F図までは、漂準化されたエネルギーとして示される入力およ び出力電磁エネルギーパルス対、約3.9マイクロジユール〜約132マイクロ ジユールの範囲内の複数の各入力エネルギーパルスに関する時間についての比較 を示すそれぞれ比較グラフであり、 第6図は、この発明の具体例の液晶光学的リミッタの端面図であり、 第7図は、第6図の7−7で示す矢印の方向に見た液晶光学的リミッタの平面図 で、この液晶配向材料とこすり(rubbing)方向は、省略されており、 第8図は、第6図の矢印8−8の方向に見た光学的リミッタの側面図であり、 第9図は、第7図と同様の液晶光学的リミッタの平面図であるが、液晶配向材料 と、電界を印加する方向に対して一般に平行であるこすり方向とを示しており、 第1θ図は、第7図および第9図と同様の液晶光学的リミッタの平面図を示すが 、液晶配向材料と、電界を印加方向に対して一般に垂直であるこすり方向とを示 しており、第11図は、第7図と同様の改良した液晶光学的リミッタの平面図で あり、 第12図は、電気ベクトルの方向が液晶材料の長軸または異常軸(extrao rdinary )に対して平行であるように偏光された入射光を使用する、本 発明の液晶光学的リミッタの好適最大光学的制限動作を示す略図であり、 第13図は、液晶分子の長袖の方向に関する電気ベクトルの方向の関数としての 、本発明の光学的リミッタのパワー制限の従属性を示すグラフであり、 第14図は、本発明の液晶光学的リミッタを使用する光学装置、例えば、射撃照 準器、双眼鏡、望遠鏡、ゴーグル等の略図であり、 第15図は、液晶材料に電界を印加するために、交互に組み合わされた電極を使 用する、この発明の改良された液晶光学的リミッタの部分斜視図である。〉〉 Brief explanation of the drawing 〉 Figure 1 shows the operation of this invention to transmit such light without restricting it. FIG. 2 is a schematic diagram of an optical limiter of FIG. 2 is a partially enlarged view of the optical limiter in FIG. 1, Figures 3A, 3B and 3C are nematic, cholesteric or threaded 1 is a schematic diagram showing the typical alignment properties of nematic and smectic liquid crystal materials FIG. 4 is a graph showing the optical power limiting characteristics of the optical limiter of the present invention. , the orthogonal axes are the microjoules of energy to the optical limiter and the optical limiter. It is calibrated in microjoules of energy output by the transmitter, Figures 5A through 5F show the input and and output electromagnetic energy pulse pair, approximately 3.9 microjoules to approximately 132 microjoules Comparison of times for each input energy pulse within a range of joules These are comparative graphs showing the FIG. 6 is an end view of a liquid crystal optical limiter according to a specific example of the present invention; FIG. 7 is a plan view of the liquid crystal optical limiter viewed in the direction of the arrow 7-7 in FIG. In this case, the liquid crystal alignment material and the rubbing direction are omitted. FIG. 8 is a side view of the optical limiter taken in the direction of arrow 8-8 of FIG. FIG. 9 is a plan view of a liquid crystal optical limiter similar to FIG. 7, but with a liquid crystal alignment material. and a rubbing direction that is generally parallel to the direction in which the electric field is applied, Figure 1θ shows a top view of a liquid crystal optical limiter similar to Figures 7 and 9; , indicating a liquid crystal alignment material and a rubbing direction that is generally perpendicular to the direction of applying the electric field. Figure 11 is a plan view of the improved liquid crystal optical limiter similar to Figure 7. can be, FIG. 12 shows that the direction of the electric vector is the long axis or the extra axis of the liquid crystal material. This method uses incident light that is polarized so that it is parallel to the 2 is a schematic diagram illustrating the preferred maximum optical limiting operation of the liquid crystal optical limiter of the invention, Figure 13 shows the effect of the electric vector as a function of the direction of the long sleeve of the liquid crystal molecules. , is a graph showing the dependence of power limitation of the optical limiter of the present invention, FIG. 14 shows an optical device using the liquid crystal optical limiter of the present invention, such as a shooting illuminator. Schematic illustrations of instruments, binoculars, telescopes, goggles, etc. Figure 15 shows the use of alternating electrodes to apply an electric field to a liquid crystal material. 1 is a partial perspective view of the improved liquid crystal optical limiter of the present invention for use in FIG.

発明を実施するための最良の形態 光学的リミッタ10 以下に図面を詳細に参照するが、幾つかの図面において同様の参照番号は同様の 部分に言及しているものとし、また最初に参照する第1図においては、この発明 の液晶光学的リミッタを10で示す。光学的リミッタIOは、一対の媒体14. 16の間に挟持された液晶材料12を育しており、かかる媒体は好ましくは面1 8.20または表面を画成、する手段が得られる材料、例えばガラス板、プラス チック板等である。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION optical limiter 10 Reference will now be made in detail to the drawings, in which like reference numbers refer to similar numbers in some of the drawings. In FIG. 1, which is referred to first, this invention The liquid crystal optical limiter is shown as 10. The optical limiter IO connects the pair of media 14. a liquid crystal material 12 sandwiched between 16 and 16, such medium preferably 8.20 or a material from which a means of defining a surface is obtained, such as a glass plate, plus This is a tick board, etc.

液晶材料12はスメクチック液晶材料であるか、随意にスメクチックであるか、 あるいはここで述べるような特性を示す材料である。動作するスメクチック液晶 は、スメクチック液晶材料の特性、例えば配向を示す液晶材料である。特に、液 晶材料12は、通常互いに平行でありかつ面18.20に対して垂直に配向する 層に配向する。更に、各層における液晶は各層において他の液晶材料と通常平行 に配向する。スメクチックA液晶材料は、上記特性およびここで述べる他の動作 特性を示す液晶材料の好適なタイプの一例である。Liquid crystal material 12 is a smectic liquid crystal material, optionally smectic; Or it is a material that exhibits the characteristics described here. Working smectic liquid crystal is a liquid crystal material that exhibits the properties of a smectic liquid crystal material, such as orientation. In particular, liquid Crystalline materials 12 are generally oriented parallel to each other and perpendicular to plane 18.20. Orient in layers. Additionally, the liquid crystal in each layer is typically parallel to the other liquid crystal materials in each layer. Orient to. Smectic A liquid crystal materials exhibit the above properties and other behaviors described herein. 1 is an example of a suitable type of liquid crystal material exhibiting properties.

液晶材料12は正の誘電異方性または負の誘電異方性を有していてもよい。液晶 材料は、スメクチック液晶材料として動作し、よって動作的にスメクチックとし て分類できる材料であることが好ましい。他の材料を使用することもできるが、 この発明において使用することのできる具体例としてのスメクチックまたは動作 的にスメクチックな液晶材料には、以下の4種の材料が含まれ、これらの各々は 同じものを作るために定まった割合の処方からなる。紙面を最小とするために、 以下のように略形を使用する。Liquid crystal material 12 may have positive or negative dielectric anisotropy. liquid crystal The material behaves as a smectic liquid crystal material and is therefore operationally smectic. It is preferable that the material be classified according to the following criteria. Other materials can also be used, but Smectic or operation as an example that can be used in this invention Physically smectic liquid crystal materials include the following four types of materials, each of which has a Consists of formulas in fixed proportions to produce the same product. To minimize space, Use abbreviations as follows:

K−24は次式、 で表される4−シアノ−4′−n−オクチルビフェニルである。K-24 is the following formula, 4-cyano-4'-n-octylbiphenyl represented by

K−30は、 K−36は次式、 で表される4−シアノ−4′−n−ドデカニルビフェニルである。K-30 is K-36 is the following formula, It is 4-cyano-4'-n-dodecanylbiphenyl represented by

上記3種の材料はブリティッシュ ドラッグ ハウス(BDH)によって販売さ れている。The above three materials are sold by British Drug House (BDH). It is.

2LI−1844はイー、メルクにより販売されている。2LI-1844 is sold by Merck.

この発明に有用な動作ネマチック液晶材料の例を以下に示す。Examples of operational nematic liquid crystal materials useful in this invention are shown below.

かかる材料l、2.3または4の各々は、この発明において使用することができ る。Each of such materials 1, 2.3 or 4 can be used in this invention. Ru.

材料1は、重量%で示す以下の成分の組み合わせである。Material 1 is a combination of the following components in weight percent:

K−2413,9% に−3026,9% に−3629,5% 2LI−184430,0% 材料2は、重量%で示す以下の成分の組み合わせである。K-2413, 9% -3026,9% -3629,5% 2LI-184430,0% Material 2 is a combination of the following components in weight percent:

K−2419,2% に−3038,4% に−3642,4% 材料3は、重量%で示す以下の成分の組み合わせである。K-2419, 2% -3038,4% -3642,4% Material 3 is a combination of the following components in weight percent:

K−2418,696 に−3033,2% に−3636,796 2LI−184413,496 材料4は、重量%で示す以下の成分の組み合わせである。K-2418,696 -3033,2% -3636,796 2LI-184413,496 Material 4 is a combination of the following components in weight percent:

K−2417,1% に−3034,296 に−3637,6% 2Li1844 11.096 第1図から、液晶材料12の配向特性が分かる。特に、液晶、すなわち液晶構造 は複数の層22a、22b等に配向している。K-2417, 1% -3034,296 -3637,6% 2Li1844 11.096 From FIG. 1, the alignment characteristics of the liquid crystal material 12 can be seen. In particular, liquid crystal, i.e. liquid crystal structure are oriented in a plurality of layers 22a, 22b, etc.

22a、22b等の層は互いに平行に配向し、かつこれらは面18.20に対し て垂直に延在している。更に、任意の層における液晶の構造または配向は平行で あり、例えば任意の層における液晶の配向ベクトルは一般に互いに平行でかつ層 方向に垂直である。液晶の配向、すなわちその配向ベクトルの配向は面18.2 0に対して平行である。The layers 22a, 22b, etc. are oriented parallel to each other and are oriented relative to the plane 18.20. It extends vertically. Furthermore, the structure or orientation of liquid crystals in any layer is parallel. For example, the orientation vectors of liquid crystals in any layer are generally parallel to each other and perpendicular to the direction. The orientation of the liquid crystal, that is, the orientation of its orientation vector is the plane 18.2 parallel to 0.

スメクチック液晶材料は一般に層状に配向する傾向があることは知られているが 、面18.20に対して垂直方向にある層22a、22bの配向を促進するため に、かかる面が液晶配向層を備えていることが好ましい。かかる配向層は、例え ば、ねじれネマチック液晶セルにおいて従来的である。−例は、面18.20の 各々に設けられたポリビニルアルコール層24.26であり、これら層24.2 6の各々は従来織布、緩衝物等、例えば綿、ポリアラミド繊維等を使用して直線 方向にこすられている。上述のように直線方向にこすられている他の配向層材料 を使用することもできる。液晶材料は、こする方向と一般に平行に配向する傾向 がある。It is known that smectic liquid crystal materials generally tend to be oriented in layers. , to promote the orientation of layers 22a, 22b in a direction perpendicular to plane 18.20. Preferably, such a surface is provided with a liquid crystal alignment layer. Such an alignment layer may be For example, it is conventional in twisted nematic liquid crystal cells. -Example for surface 18.20 A polyvinyl alcohol layer 24.26 provided on each layer 24.2. Each of 6 is a straight line using conventional woven fabric, cushioning material, etc., such as cotton, polyaramid fiber, etc. being rubbed in the direction. Other alignment layer materials that are rubbed in a linear direction as described above You can also use Liquid crystal materials tend to align generally parallel to the rubbing direction There is.

光学的リミッタlOの液晶セルにおいては、板14.16は、配向層24.26 の各々のこすりの直線方向が互いに平行となるように組み立てる。図示するよう に、光学的リミッタにおける液晶材料の好適な配向状態は、書棚の外観、すなわ ち各機に複数の本(例えば、液晶分子を示す)がある複数の平行な書棚(液晶層 22a、22b等を示す)の外観のようである。In the liquid crystal cell of the optical limiter lO, the plate 14.16 is the alignment layer 24.26 Assemble so that the linear directions of each rubbing are parallel to each other. as shown In addition, the preferred orientation state of the liquid crystal material in the optical limiter is determined by the appearance of the bookshelf, i.e. multiple parallel bookshelves (liquid crystal layers) each with multiple books (e.g. showing liquid crystal molecules); 22a, 22b, etc.).

板14.16は任意形状とすることができる。例えば、かかる板を平面図におい て方形とすることができる。好ましくは、板14.16は平坦または平面である か、あるいは少なくとも表面が平坦または平面である。更に、均一性については 、板の厚さは、光の歪みを無意識に避けるために均一であることが好ましい。板 またはその表面を平坦以外、例えば曲面とすることができ、また/あるいは故意 に焦点合わせまたは他の働きを行わしめるために不均一な厚さとすることができ る。さらに、板14.16は同じ材料であり得るが、これらを異なる材料とする ことができ、例えばこれらが上述したタイプの動作を達成するために異なる屈折 率を有していてもよい。The plates 14,16 can be of any shape. For example, if such a board is It can be made into a square. Preferably the plates 14.16 are flat or planar. or at least have a flat or planar surface. Furthermore, regarding uniformity , the thickness of the plate is preferably uniform to avoid light distortion unintentionally. board or its surface may be other than flat, for example curved, and/or intentionally Can be made with non-uniform thickness to help focus or perform other functions. Ru. Furthermore, the plates 14,16 can be of the same material, but they are of different materials. For example, these can be refracted differently to achieve the type of behavior described above. It may have a percentage.

更に以下に述べるように、第1図の光学的リミッタ1oを形成する液晶セルは、 液晶材料に電界を印加して該液晶材料を面18.20に対して平行な好適方向に 配向させるために電極30.32を備えていてもよい。電極は、液晶表示等に使 用される従来の電極材料、例えば酸化スズインジウム(時折ITOとして言及さ れている)の各層とすることができる。電極3゜32の間に、例えば従来の回路 および/または電源(図示せず、に接続されたリード線を用いて電圧を印加する ことにより、面18.20に対して一般に平行方向に液晶材料12を介して電界 が印加される。液晶材料12が正の誘電異方性を有している場合には、該液晶材 料はかかる電界に対して平行に配向する傾向があり、また液晶材料が負の誘電異 方性を有している場合には、該液晶材料は電界方向に対して一般に垂直に配向す る傾向があるが、いずれの場合においても、液晶材料の配向はここで説明しかつ 図示する書棚状態の配向となる。Further, as described below, the liquid crystal cell forming the optical limiter 1o in FIG. Applying an electric field to the liquid crystal material causes the liquid crystal material to be oriented in a preferred direction parallel to plane 18.20. Electrodes 30.32 may be provided for orientation. Electrodes are used for liquid crystal displays, etc. Conventional electrode materials used, such as indium tin oxide (sometimes referred to as ITO), Each layer can be Between the electrodes 3°32, for example, a conventional circuit and/or a power source (not shown, applying voltage using leads connected to This causes an electric field to be applied through the liquid crystal material 12 in a direction generally parallel to the plane 18.20. is applied. When the liquid crystal material 12 has positive dielectric anisotropy, the liquid crystal material 12 The liquid crystal material tends to align parallel to the applied electric field, and the liquid crystal material has a negative dielectric anisotropy. If the liquid crystal material is oriented, it is generally oriented perpendicular to the direction of the electric field. In either case, the orientation of the liquid crystal material is explained here and The orientation is as shown in the bookshelf.

光学的リミッタを形成する液晶セルの内部容積38における液晶材料を封止する ために、エポキシ4oまたは他の材料が電極30.32および板14.16の領 域に塗布されている。また、板14.16の間に電極がない領域に、従来のプラ グまたはスペーサ材料、例えばガラススペーサを配置し、エポキシにより同所を 封止することができる。エポキシ以外の材料をかかる封止用に使用することがで きる。sealing the liquid crystal material in the internal volume 38 of the liquid crystal cell forming an optical limiter; In order to applied to the area. Additionally, in areas where there are no electrodes between plates 14.16, conventional Place a glue or spacer material, e.g. glass spacer, and seal in place with epoxy. Can be sealed. Materials other than epoxy may be used for such sealing. Wear.

f 光学的リミッタ10の動作 第1図に見られるように、入射光42、例えばレーザからの入射光(レーザ光) は光学的リミッタ100入カサイド44に突き当たる。かかる入射光42は、光 学的リミッタ10の光学的制限動作に要求される限界レベルよりも低い、比較的 小さな) 電気ベクトル、エネルギーまたはビークパワーの大きさを育する。こ のため、かかる光は光学的リミッタ1oの出力サイド46まで透過し、実質的に いかなる減衰または制限を受けることなく光出力48として得られる。好ましく は、かかる入射光42が映像特性を有している場合には、その特性は出力光48 においても維持され、これにより光学的リミッタ1oは本質的に透過性またはほ ぼ′透過性であることは明白である。f Operation of optical limiter 10 As seen in FIG. 1, incident light 42, for example incident light from a laser (laser light) hits the input side 44 of the optical limiter 100. Such incident light 42 is light relatively lower than the limit level required for optical limiting operation of optical limiter 10. (small) Develop the magnitude of the electric vector, energy or peak power. child Therefore, such light is transmitted to the output side 46 of the optical limiter 1o and is substantially The light output 48 is obtained without any attenuation or limitation. preferably If the incident light 42 has video characteristics, the characteristics will be the same as the output light 48. , so that the optical limiter 1o is essentially transparent or almost It is clear that it is almost transparent.

しかし、第2図では、入射光42′が光学的リミッタ10に突き当たる。かかる 入射光42′は、光学的リミッタ1oの光学的制限動作に要求される限界レベル よりも高い、比較的大きな電気ベクトル、エネルギーまたはピークパワーの大き さを育する。このため、光学的リミッタ1oは、光出力48′のパワーを制限す るように動作する。光出力48′のパワーのかかる制限を行わしめるために、次 のようなことが起こると考えられる。However, in FIG. 2, incident light 42' impinges on optical limiter 10. In FIG. It takes The incident light 42' is at a critical level required for optical limiting operation of the optical limiter 1o. A relatively large electric vector, a large amount of energy or peak power, higher than Cultivate your sense of well-being. Therefore, the optical limiter 1o limits the power of the optical output 48'. It works like that. In order to effect such a limitation on the power of the optical output 48', the following It is thought that something like this will happen.

液晶材料12が入射光に応答して自己集中を行い、繊維光学的部材(fiber  optic member)が光を伝搬するように少しだけ光を伝搬するよう になる。第2図に、液晶材料12を通過する光の波面50を示す。この波面の中 心52近傍の液晶材料12の屈折率は、かかる光がこれに突き当たる前に示され る屈折率から若干最高められることは明らかである。例えば54で示されるかか る波面のより一層の周界(perimeter )または外部境界方向への液晶 材料の屈折率は、かかる光がこれに突き当たる前に示される屈折率から若干最高 められるが、かかる上昇量は中心52近傍で起こるよりも小さいことも明らかで ある。波面50にわたる液晶材料12の屈折率はおそらく非直線的ではあるか、 極めて連続的であると思われる。液晶材料の屈折率におけるかかる変動が、上述 した自己集中を起こす。Liquid crystal material 12 self-focuses in response to incident light and forms a fiber optic member.  optic member) propagates light a little bit. become. In FIG. 2, a wavefront 50 of light passing through liquid crystal material 12 is shown. inside this wave front The refractive index of the liquid crystal material 12 in the vicinity of the core 52 is determined before such light impinges on it. It is clear that the refractive index is slightly higher. For example, whether it is indicated by 54 or liquid crystal toward the further perimeter or outer boundary of the wavefront The refractive index of the material is slightly higher than the refractive index exhibited before such light impinges on it. However, it is also clear that the amount of such increase is smaller than that occurring near the center 52. be. Is the refractive index of liquid crystal material 12 across wavefront 50 likely non-linear? It seems to be very continuous. Such variations in the refractive index of the liquid crystal material are explained above. Arouse self-concentration.

波面50は入射光42′の干渉度に応じて、平面波面として液晶材料12を介し て進行し始めるか、かかる波面は液晶材料を介して若干量進行した後に、図示す るように湾曲する傾向があると考えられる。かかる湾曲は、上述したような、屈 折率に起こる変動によるものと考えられる。The wavefront 50 is transmitted through the liquid crystal material 12 as a plane wavefront depending on the degree of interference of the incident light 42'. After the wavefront has traveled some distance through the liquid crystal material, It is thought that there is a tendency to curve as shown in the figure. Such curvature is caused by bending, as described above. This is thought to be due to fluctuations in the refractive index.

さらに、自己集中はレイリー限界に達するまで増加し、あるいは継続する傾向が あり、この際、光の液晶材料を介しての連続的な伝搬が、第2図における56で 示されるように、繊維光学的部材を介して伝搬するのと同様の様式でおこる。従 って、繊維光学的部材を介しての光の伝搬の分野でよく知られているように、内 部全反射等の原理に従い58で示されるように、かかる光は有効な繊維光学的部 材56の側部境界間で遮られる。Furthermore, self-focus tends to increase or continue until the Rayleigh limit is reached. In this case, continuous propagation of light through the liquid crystal material is shown at 56 in FIG. As shown, this occurs in a manner similar to propagation through fiber optics. subordinate As is well known in the field of light propagation through fiber optics, According to principles such as total internal reflection, such light is transmitted to an effective fiber optic section, as shown at 58. It is interrupted between the side boundaries of the material 56.

かかる光58は面20の方向に伝搬され、この面20で有効繊維光学的部材56 が終了する。(この説明において、配向層24.26は面18.20と同じであ ることは理解される。)光り58が有効繊維光学的部材56を畠る場合、かかる 光の若干は光が板16に入るように面20との界面で屈折する傾向があり、かか る光の若干はかかる界面20との界面で内部全反射する傾向があり、またかかる 光の若干は実質的に屈折することなく透過する傾向があり、光がかかる面との界 面を介して板16形成材料に入るには、例えば、有効繊維光学的部材56と面2 0との界面に光が入射する角度に左右される。更に、板16に入る光の若干は、 出力面60を超えて存在する媒体62、例えば空気等と板20の出力面60との 界面で内部全反射、屈折または透過を行い得る。上述した光の進行の可能性を、 明らかとなるように第2図において矢印で示す。Such light 58 is propagated in the direction of plane 20 where active fiber optic member 56 ends. (In this description, alignment layer 24.26 is the same as surface 18.20. It is understood that ) When the light 58 passes through the effective fiber optic member 56, such Some of the light tends to be refracted at the interface with surface 20 so that the light enters plate 16; There is a tendency for some of the light to be totally internally reflected at the interface with such an interface 20; Some of the light tends to pass through without being refracted; For example, entering the plate 16 forming material via the surface can include effective fiber optic member 56 and surface 2. It depends on the angle at which light enters the interface with zero. Furthermore, some of the light entering the plate 16 is The relationship between the medium 62 existing beyond the output surface 60, such as air, and the output surface 60 of the plate 20 Total internal reflection, refraction or transmission may occur at the interface. The possibility of the progression of light mentioned above, This is indicated by an arrow in FIG. 2 for clarity.

更に、面20.60のいずれかにより反射され液晶材料I2の中に戻る光につい て、また存効繊維光学的材料56の側壁を介して逃げ得る光について、かかる光 は液晶材料12を介して進行し続け、光学的リミッタ形成液晶セルに存在する別 の界面で反射および/または内部全反射し、これにより、出力光として実際に透 過する光48′のトータルパワー、密度等が低減する。また、かかる光の若干は 、入射光42′の光源方向へ反射または逆散乱され得る。Furthermore, regarding the light reflected by any of the surfaces 20.60 and returning into the liquid crystal material I2, and for any light that may escape through the sidewalls of the active fiber optic material 56. continues to progress through the liquid crystal material 12 and separates the optical limiter present in the liquid crystal cell. reflection and/or total internal reflection at the interface of the The total power, density, etc. of the transmitted light 48' is reduced. Also, some of the light , may be reflected or backscattered toward the source of the incident light 42'.

液晶材料12が上述したようには配向しない場合は、電極30.32を使用して 電界を液晶材料に印加する。かかる電界は、図示しかつ上述した書棚配向を再構 成する。If the liquid crystal material 12 is not oriented as described above, electrodes 30.32 may be used to Applying an electric field to the liquid crystal material. Such an electric field reconfigures the bookshelf orientation shown and described above. to be accomplished.

液晶の配向の可能性 第3A図、第3B図および第3C図において、液晶材料の通常の配向特性を図示 する。第3A図では、ネマチック液晶材料は通常方向的に平行に配向するが、例 えばスメクチック液晶材料により示されるタイプの定位置配向ではないことか分 かっている。第3B図では、コレステリック液晶材料およびねじれネマチック液 晶材料により想定される螺旋またはねじれ配向を図示する。更に、第3C図では 、スメクチック液晶材料の配向、すなわち液晶構造か平行でありかつ定位置配向 であるため、液晶分子が各層に組織化されている(例えば、第1図について上述 した層22a、層22b等のように)ところを図示する。Possibility of liquid crystal orientation 3A, 3B and 3C illustrate the typical alignment characteristics of liquid crystal materials. do. In Figure 3A, nematic liquid crystal materials are typically oriented parallel to each other, but e.g. For example, it is clear that this is not the type of in-place alignment exhibited by smectic liquid crystal materials. I know. In Figure 3B, cholesteric liquid crystal material and twisted nematic liquid Figure 2 illustrates the helical or twisted orientation assumed by the crystalline material. Furthermore, in Figure 3C , the orientation of the smectic liquid crystal material, i.e. the liquid crystal structure is parallel and in-position. Therefore, the liquid crystal molecules are organized in each layer (e.g., as described above with respect to Figure 1). (such as layer 22a, layer 22b, etc.) shown in FIG.

図示しかつ上述した書棚タイプの配向を有するスメクチック液晶材料はここで述 べるようにこの発明の動作に必要であると考えられる。しかし、同様にまたは異 なる方法で配向する液晶材料の他のタイプを同様に動作させて、ここで述べる光 学的制限作用を得ることは可能であり、この発明はこのような均等の可能性をも 包含するものである。A smectic liquid crystal material having a bookshelf type orientation as shown and described above is described herein. It is believed that this is necessary for the operation of this invention. However, similar or different Other types of liquid crystal materials that are oriented in a similar manner operate similarly to the light described here. It is possible to obtain a chemically limiting effect, and this invention also addresses the possibility of such an equivalent. It is inclusive.

第4図に簡単に言及すると、これは、上記液晶セル光学的リミッタ10について のm個試験データを示すグラフを示す。横軸(底、すなわちrXJ軸)に沿って 、入力、即ち入射光42.42′についてのマイクロジュールによるエネルギー またはパワーの値が示されており、また縦軸(横、すなわち「y」軸)に沿って 、出力光48.48′についてのマイクロジュールによるエネルギーまたはパワ ーの値が示されている。出力光のパワーは、入力光が約5または6マイクロジユ ールのパワーレベルに達するまで入力光のパワーの一次関数であることが分かる 。Referring briefly to FIG. 4, this shows the above liquid crystal cell optical limiter 10. A graph showing m test data is shown. Along the horizontal axis (bottom, i.e. rXJ axis) , the energy in microjoules for the input, i.e. the incident light 42.42' or the value of power is shown and also along the vertical axis (horizontal or "y" axis) , the energy or power in microjoules for the output light 48.48' - value is shown. The power of the output light is approximately 5 or 6 microjoules when the input light is It can be seen that it is a linear function of the input optical power until it reaches the power level of the input light. .

当該パワーレベルを超えると、光学的リミッタlOは、入力パワーレベルか約2 7マイクロジユールまで上昇する間、出力パワーレベルを約2.5〜4マイクロ ジユールまで制限する傾向かある。Above that power level, the optical limiter lO will reduce the input power level to about 2 Reduce the output power level to approximately 2.5 to 4 microjoules while increasing to 7 microjoules. There is a tendency to limit even the amount of juice.

第5A図〜第5F図では、種々のパワー人力に対して、液晶セル光学的リミッタ 10の光学的応答を比較するためのグラフを示す。第5A図〜第5F図のグラフ は横軸に沿って同スケールを有し、すなわちゼロから16ナノ秒を有し、入射光 42.42′のパルスの時間の長さを示している。第5A図〜第5F図のグラフ の各々についての縦軸に沿ってのスケールも同じであり、すなわちゼロから1ま でであるが、かかるスケールは標準化されており、入射光42.42′の特定の 入力パワーの最大値までゼロから標準化したデータが示されている。従って、第 5A図のグラフ70においては、入力光曲線70′のピークは3.9マイクロジ ユールを示し、第5E図のグラフ78においては、入力光曲線78′のピークは 27マイクロジユールを示す等、これらはかかる図を検討する際に明らかとなる 。Figures 5A to 5F show the liquid crystal cell optical limiter for various power inputs. 1 shows a graph for comparing the optical responses of 10. Graphs in Figures 5A to 5F has the same scale along the horizontal axis, i.e. from zero to 16 nanoseconds, and the incident light 42.42' indicates the duration of the pulse. Graphs in Figures 5A to 5F The scale along the vertical axis for each is also the same, i.e. from zero to one. However, such a scale is standardized and the specific Data is shown normalized from zero to the maximum input power. Therefore, the In graph 70 of Figure 5A, the peak of input light curve 70' is 3.9 microvolts. In graph 78 of FIG. 5E, the peak of input light curve 78' is 27 microjoules, etc., these will become clear when considering such diagrams. .

グラフ70〜80を参照すると、曲線70′により示される3、9マイクロジユ ールの比較的低い入力パワーについて、出力パワーもまた、曲線70“て示され るように約3.9マイクロジユールとなることが分かる。曲線72′で示される 6、7マイクロジユールの比較的低いが僅かに大きな入力パワーについては、7 2#で示されるように出力パワーもまた僅かに約5.6マイクロジユールまで制 限されることになる。曲線74′で示される16マイクロジユールの更に大きな 入力パワーについては、74″で示されるように出力パワーもまた約半分、即ち 約8.3マイクロジユールまで制限されることになり、かかる制限は約6ナノ秒 の比較的短時間で起こる。Referring to graphs 70-80, the 3,9 microjug shown by curve 70' For a relatively low input power of the tool, the output power is also shown as curve 70. It can be seen that the amount is approximately 3.9 microjoules. indicated by curve 72' For a relatively low but slightly larger input power of 6 or 7 microjoules, 7 The output power is also limited to only about 5.6 microjoules, as indicated by 2#. It will be limited. An even larger amount of 16 microjoules is shown by curve 74'. For the input power, the output power is also about half as shown at 74″, i.e. It will be limited to about 8.3 microjoules, and this limit is about 6 nanoseconds. occurs in a relatively short period of time.

第5D図および第5E図に見られるように、光学的パワー制限は入射光のパワー の増加と共に高められ、入射パワーがそれぞれ22および27マイクロジユール であると、出力パワーはそれぞえ8.2および7.5マイクロジユールとなる。As seen in Figures 5D and 5E, the optical power limit is the power of the incident light. with an increase in incident power of 22 and 27 microjoules, respectively. , the output powers are 8.2 and 7.5 microjoules, respectively.

第5D図および第5E図のグラフから、入射光パワーが大きくなればなるほど、 出力光のパワーが小さくなり、また出力光パワーの最大制限が速くなり、例えば それぞれ約4ナノ秒および約3ナノ秒となることが分かる。From the graphs in Figures 5D and 5E, it can be seen that as the incident light power increases, The power of the output light becomes smaller, and the maximum limit of the output light power becomes faster, e.g. It can be seen that these times are about 4 nanoseconds and about 3 nanoseconds, respectively.

更に、第5F図に見られるように、入射光のパワーが132マイクロジユールの 場合、出力光のパワーは3.4マイクロジユールまで制限され、かかる制限は約 1〜2ナノ秒で起こる。Furthermore, as seen in Figure 5F, the power of the incident light is 132 microjoules. In this case, the output optical power is limited to 3.4 microjoules, and such a limit is approximately It happens in 1-2 nanoseconds.

大きなパワー入射が液晶材料の若干の集中加熱を起こす場合、上述の動作は、光 学的制限が起こる速度のために尚生ずる傾向にある。かかる加熱は液晶の書棚配 向を変え得るので、液晶に書棚配向を残そうとする場合には、上述したような電 界の印加を用いることができる。If a large power input causes some concentrated heating of the liquid crystal material, the above operation Scientific limitations still tend to occur due to the speed at which they occur. Such heating is caused by liquid crystal bookshelves. Since the orientation can be changed, if you want to leave the bookshelf orientation on the liquid crystal, use the electric current as described above. Application of a field can be used.

第6図〜第9図においては、この発明の光学的リミッタ10を使用するm個液晶 セル80示す。かかるセル80はガラス板81.82と、ガラススペーサ83. 84と、電極85.86と、内部容積88における液晶材料87とを備えている 。上述のようにして、エポキシシーラントを使用してセルの縁部を封止し、液晶 材料が内部容積88から失われないようにすることが好ましい。液晶セルは約0 .01ミリメーター〜約2ミリメーター、好ましくは0.1〜0.8ミリメータ ー、更に好ましくは0.1〜0゜5ミリメーターの厚さ、すなわちガラス板81 .82の間の寸法とすることができる。好適な厚さは約0.5ミリメーターであ る。種々の平面寸法、例えばセル8゜の長さおよび幅は、セルを通して実質的に 均一の厚さを維持することが望まれる以外は、変えることができ、特に絶対的な ものではない。更に、所望の動作、使用する材料の種類、制限しようとする光の 性質等に応じて、ここで述べる種々の寸法に変えることができる。 図を明瞭か つ簡単にするために第6図〜第8図においては配向層を示していないが、好まし くは、かかる配向層は第1図において述べたように液晶セル8oに含まれている 。かかる−例配向層90を、正の誘電異方性を育する液晶材料の使用について1 9図に示す。特に、ガラス板81.82の各々の内面上に収納されるかかる配向 層9oは、一方の電極から他方の電極に向けて延在するこすり方向を有する。こ のため、例えば、電極3o、32の間に電界を印加した際に正の誘電異方性を有 する液晶材料12を使用すると、液晶は電界により、配向層90のこすり方向に 配向する。6 to 9, m liquid crystals using the optical limiter 10 of the present invention are shown. Cell 80 is shown. Such a cell 80 includes glass plates 81.82 and glass spacers 83. 84, electrodes 85, 86, and a liquid crystal material 87 in an internal volume 88. . Seal the edges of the cell using epoxy sealant as described above and seal the liquid crystal. Preferably, no material is lost from the interior volume 88. The liquid crystal cell is approximately 0 .. 01 mm to about 2 mm, preferably 0.1 to 0.8 mm -, more preferably a thickness of 0.1 to 0.5 mm, i.e. the glass plate 81 .. The dimensions can be between .82 and .82. The preferred thickness is about 0.5 mm. Ru. Various planar dimensions, e.g. cell 8° length and width, extend substantially through the cell. Except that it is desired to maintain a uniform thickness, it is possible to vary, especially the absolute It's not a thing. Additionally, the desired behavior, the type of materials used, and the amount of light you are trying to limit Depending on the properties, etc., the dimensions can be varied as described here. Is the diagram clear? Although the alignment layer is not shown in FIGS. 6 to 8 for simplicity, it is preferable to Preferably, such an alignment layer is included in the liquid crystal cell 8o as described in FIG. . For such an example alignment layer 90, use of a liquid crystal material that develops positive dielectric anisotropy. It is shown in Figure 9. In particular, such an orientation accommodated on the inner surface of each of the glass plates 81,82 Layer 9o has a rubbing direction extending from one electrode towards the other. child Therefore, for example, when an electric field is applied between the electrodes 3o and 32, it has positive dielectric anisotropy. When the liquid crystal material 12 is used, the liquid crystal is moved in the rubbing direction of the alignment layer 90 by the electric field. Orient.

負の誘電異方性を有する液晶材料の使用に関する一例配向層92を第1081に 示す。特に、ガラス板81.82の各々の内面上に収納さ、れるかかる配向89 2は、一方の電極から他方の電極に向けて引かれた線に対し垂直に、こすり方向 を有する。An example of using a liquid crystal material with negative dielectric anisotropy: the alignment layer 92 is placed in the 1081st layer. show. In particular, such orientation 89 is housed on the inner surface of each of the glass plates 81,82. 2 is the rubbing direction perpendicular to the line drawn from one electrode to the other. has.

このため、例えば、電極30.320間に電界を印加した際に負の誘電異方性を 有する液晶材料12を使用すると、液晶は電界対し垂直でかつ配向層92のこす り方向に配向する。For this reason, for example, when an electric field is applied between the electrodes 30 and 320, negative dielectric anisotropy occurs. When using a liquid crystal material 12 with Orient in the opposite direction.

第11図は、改良された液晶セル光学的リミッタ94の平面図である。光学的リ ミッタ94は、形状がその図から明らかなように方形ではな(むしろ円形である 点を除いて、上述の光学的リミッタ80と同様である。第6図〜第8図に示す部 分と同様の部分は、先に示した参照番号と同様の参照番号により示す。FIG. 11 is a top view of an improved liquid crystal cell optical limiter 94. optical The shape of the mitter 94 is not square as is clear from the figure (rather, it is circular). The optical limiter 80 is similar to the optical limiter 80 described above except for this point. Parts shown in Figures 6 to 8 Similar parts are designated by reference numbers similar to those given above.

従って、リミッタ94は、ガラス板81′と、例えばガラススペーサ83′と、 例えば電極85’、86’と、内部容積における液晶材料等を備えている。Therefore, the limiter 94 includes the glass plate 81' and the glass spacer 83', for example. For example, it includes electrodes 85', 86', liquid crystal material in the internal volume, etc.

第12図においては、光学的リミッタシステムの好適例を100で示す。システ ム100においては、線形偏光子102が入射光42′を偏光するため、電気ベ クトルEおよび磁気ベクトルBが伝搬Pの方向に対して直角となり、また電気ベ クトルの方向は、液晶光学的リミッタlOにおける液晶分子12の長袖または異 常軸に対して平行である。入力光のパワーに対し応答する出力光のパワーの減衰 または制限の量は、かか不電気ベクトルEの方向の関数であることが確かめられ た。実際、最大パワーの制限は、電気ベクトルEが液晶分子の長袖または異常軸 に対して平行である場合に達成され、また、より僅かな量の制限は、電気ベクト ルがかかる軸に対して平行以外の若干の角度を有する場合に起こる。In FIG. 12, a preferred embodiment of the optical limiter system is shown at 100. system In the system 100, the linear polarizer 102 polarizes the incident light 42', so that the electric beam vector E and magnetic vector B are perpendicular to the direction of propagation P, and the electric vector The direction of the vector is determined by the long sleeve or the different direction of the liquid crystal molecules 12 in the liquid crystal optical limiter lO. parallel to the normal axis. Attenuation of output optical power in response to input optical power or the amount of restriction is confirmed to be a function of the direction of the non-electrical vector E. Ta. In fact, the limit on the maximum power is that the electric vector E is the long-sleeved or abnormal axis of the liquid crystal molecules. Also, a smaller amount of restriction is achieved when the electric vector is parallel to This occurs when the axis has some angle other than parallel to such axis.

第13図は、液晶材料12の長軸の方向に対する入射(入力)光42についての 電気ベクトルEの方向の関数としての、光学的リミッタ10についてのパワー制 限量のグラフを示す。横軸は、入射光42.42′についてのマイクロジュール パワーであり、縦軸は出力光48.48′のマイクロジュールである。FIG. 13 shows the incident (input) light 42 in the direction of the long axis of the liquid crystal material 12. Power control for optical limiter 10 as a function of the direction of electric vector E Show the graph of the limit. The horizontal axis is microjoules for incident light 42.42' The power is expressed in microjoules of output light 48.48' on the vertical axis.

第13図のグラフにおける種々のデータポイント、例えば、rXJ、「+」、「 *」および「正方形(square) Jは、液晶分子の長軸に対して平行な電 気ベクトルの角度、かかる長袖に対して直角、45度、および67度の電気ベク トルの角度をそれぞれ示す。Various data points in the graph of FIG. 13, e.g. rXJ, "+", " *” and “square J” are electric currents parallel to the long axis of liquid crystal molecules. Electric vector angles, normal, 45 degrees, and 67 degrees to such long sleeves. The angle of torque is shown respectively.

この発明の光学システム110を第14図に示す。システム110においては、 光を光学的リミッタに提供するlまたは2以上のレンズおよび/または他の光学 的素子112がある。また、光学的リミッタから光を受け、かつ該システムから 出力光116を得る、更なるレンズおよび/または他の光学的素子114もある 。素子112.114は、例えば望遠鏡、カメラレンズ系、射撃照準器、ゴーグ ル、双眼鏡等の部分とすることができる。システム110の部分としての光学的 リミッタは、上述のようにして出力光116のパワーを制限して、例えば出力光 116を受ける光学的素子!14の下流サイドの損傷を防止する。An optical system 110 of the present invention is shown in FIG. In the system 110, one or more lenses and/or other optics that provide light to the optical limiter There is a target element 112. It also receives light from the optical limiter and from the system. There are also additional lenses and/or other optical elements 114 that obtain output light 116. . Elements 112 and 114 can be used, for example, for telescopes, camera lens systems, shooting sights, goggles, etc. It can be a part of a lens, binoculars, etc. Optical as part of system 110 The limiter limits the power of the output light 116 as described above, e.g. Optical element receiving 116! 14 to prevent damage to the downstream side.

第15図には、交互に組み合わされた電極130.132の配列を育する改良さ れた光学的リミッタ128を示す。かかる電極配列は、例えば第1図の電極30 .32に加え、またはその場所に使用することができる。交互に組み合わされた 電極130.132に電圧を印加すると、面18に対して平行に電界が印加され て、上述の所望の液晶配向が達成される傾向にある。また、交互に組み合わされ た電極の同様の配列を第15図における底板上に用いることができるが、好まし くは、電極セットを一組のみ使用し、すなわち、上板上のセット、または底板上 のセットに一度にエネルギーを供給して、電界が面に平行ではあるが面間ではな く印加されるようにする必要がある。FIG. 15 shows an improved arrangement of interlaced electrodes 130, 132. The optical limiter 128 shown in FIG. Such an electrode arrangement is, for example, electrode 30 in FIG. .. Can be used in addition to or in place of 32. combined alternately When a voltage is applied to the electrodes 130, 132, an electric field is applied parallel to the plane 18. Thus, the desired liquid crystal alignment described above tends to be achieved. Also, they are combined alternately. A similar arrangement of electrodes can be used on the bottom plate in FIG. 15, but is preferred. In most cases, only one set of electrodes is used, i.e. the set on the top plate or the set on the bottom plate. energize the set at once so that the electric field is parallel to the planes but not between them. It is necessary to ensure that the voltage is applied as high as possible.

産業上の利用可能性 以上のように、この発明の光学的リミッタは、光出力のパワーを制限するために 使用することができ、これにより、例えば過剰パワー等により下流装置が損傷さ れないようにすることができる。Industrial applicability As described above, the optical limiter of this invention is used to limit the power of optical output. This can be used to prevent downstream equipment from being damaged, e.g. by excessive power. You can prevent this from happening.

FIG、3A FIG、38 FIG、3CFIG、 58 FIG、5C FIG、5F :rす5頗 手Atル1;柑すJ I!絞偏尤子 FIG、 12 「つ 補正書の写しく翻訳文)提出書(特許法第184条の8)平成3年11月25日FIG, 3A FIG, 38 FIG, 3CFIG, 58 FIG, 5C FIG, 5F :rs5 頗手Attle1; Kansu J I! Narrow bias FIG. 12 "Tsu Copy and translation of written amendment) Submission (Article 184-8 of the Patent Law) November 25, 1991

Claims (47)

【特許請求の範囲】[Claims] 1.一対の境界面間にスメクチック液晶を備えており、該液晶が上記面に対して 一般に垂直に配向する層に配向することを特徴とする光学的リミッタ。1. A smectic liquid crystal is provided between a pair of boundary surfaces, and the liquid crystal is Optical limiter characterized by orientation in generally vertically oriented layers. 2.上記液晶がスメクチックA液晶からなる請求の範囲第1項記載の光学的リミ ッタ。2. The optical limiter according to claim 1, wherein the liquid crystal is made of smectic A liquid crystal. tta. 3.上記液晶が本質的にスメクチックA液晶からなる請求の範囲第1項記載の光 学的リミッタ。3. The light according to claim 1, wherein said liquid crystal consists essentially of smectic A liquid crystal. scientific limiter. 4.複数の上記層が互いに平行に配向する請求の範囲第1項記載の光学的リミッ タ。4. The optical limiter according to claim 1, wherein a plurality of said layers are oriented parallel to each other. Ta. 5.層における液晶が、該液晶が位置する層の方向に対して一般に垂直に配向す る請求の範囲第1項記載の光学的リミッタ。5. The liquid crystals in a layer are oriented generally perpendicular to the direction of the layer in which they are located. An optical limiter according to claim 1. 6.液晶が上記面に対して一般に平行に配向する請求の範囲第1項記載の光学的 リミッタ。6. 2. The optical system of claim 1, wherein the liquid crystal is oriented generally parallel to said plane. limiter. 7.上記面の少なくζも一方が平面である請求の範囲第1項記載の光学的リミッ タ。7. The optical limiter according to claim 1, wherein at least one of the surfaces ζ is flat. Ta. 8.上記面の2つが平面である請求の範囲第7項記載の光学的リミッタ。8. 8. An optical limiter according to claim 7, wherein two of said surfaces are flat. 9.上記面の上記2つが互いに一般に平行である請求の範囲第8項記載の光学的 リミッタ。9. 9. The optical system of claim 8, wherein said two of said surfaces are generally parallel to each other. limiter. 10.上記一対の境界面と一般に平行に上記液晶を配向させるための配向手段を 更に備えている請求の範囲第1項記載の光学的リミッタ。10. an alignment means for aligning the liquid crystal generally parallel to the pair of boundary surfaces; The optical limiter according to claim 1, further comprising: an optical limiter according to claim 1; 11.上記配向手段が、各面における液晶をかかる各面におけるその他の液晶と 平行に配向させ、かつ一方の面における液晶を他方の面における液晶と平行に配 向させるための手段を備えている請求の範囲第10項記載の光学的リミッタ。11. The above-mentioned alignment means separates the liquid crystal on each surface from other liquid crystals on each surface. and the liquid crystal on one side is aligned parallel to the liquid crystal on the other side. 11. The optical limiter according to claim 10, further comprising means for directing the optical limiter. 12.上記液晶が書棚状配向で上記面間で配向する請求の範囲第1項記載の光学 的リミッタ。12. The optical system according to claim 1, wherein the liquid crystal is oriented between the planes in a bookshelf-like orientation. target limiter. 13.上記液晶が規定レベルの入射電磁エネルギーに応答して、かかる電磁エネ ルギーの自己集中を生ぜしめる請求の範囲第1項記載の光学的リミッタ。13. The liquid crystal above responds to a specified level of incident electromagnetic energy and absorbs such electromagnetic energy. 2. An optical limiter according to claim 1, which causes self-concentration of energy. 14.上記液晶が入射コヒーレント光に応答する請求の範囲第13項記載の光学 的リミッタ。14. 14. The optical system of claim 13, wherein the liquid crystal is responsive to incident coherent light. target limiter. 15.上記液晶が上記電磁エネルギーの電気ベクトルに応答して、かかるベクト ルが規定値を超えたときに上記自己集中を行う請求の範囲第13項記載の光学的 リミッタ。15. The liquid crystal responds to the electric vector of the electromagnetic energy and generates an electric vector of the electromagnetic energy. The optical system according to claim 13, which performs the self-focusing when the amount of light exceeds a specified value. limiter. 16.上記液晶が上記入射電磁エネルギーの規定エネルギーまたはピークパワー の少なくとも1つに応答するように動作する請求の範囲第15項記載の光学的リ ミッタ。16. The above liquid crystal is the specified energy or peak power of the above incident electromagnetic energy. 16. The optical link of claim 15 operative to respond to at least one of: Mitta. 17.上記液晶が、該液晶に入射する電磁エネルギーの特性の関数として屈折率 特性を変化させるように動作する請求の範囲第1項記載の光学的リミッタ。17. The liquid crystal has a refractive index as a function of the properties of electromagnetic energy incident on the liquid crystal. 2. An optical limiter according to claim 1, which operates to change characteristics. 18.上記液晶が上記電磁エネルギーの自己集中を、かかる入射電磁エネルギー の特性の関数である程度まで行わしめる請求の範囲第17項記載の光学的リミッ タ。18. The above liquid crystal self-concentrates the above electromagnetic energy, and the incident electromagnetic energy The optical limiting according to claim 17 is achieved to a certain extent as a function of the characteristics of Ta. 19.上記液晶が上記入射電磁エネルギーの電気ベクトルに応等して、かかる電 気ベクトルが規定値を超えたときに上記自己集中を行う請求の範囲第18項記載 の光学的リミッタ。19. The above-mentioned liquid crystal responds to the electric vector of the above-mentioned incident electromagnetic energy, and Claim 18 states that the self-concentration is performed when the energy vector exceeds a predetermined value. optical limiter. 20.上記液晶が上記入射電磁エネルギーの規定エネルギーまたはピークパワー の少なくとも1つに応答するよう動作する請求の範囲第18項記載の光学的リミ ッタ。20. The above liquid crystal is the specified energy or peak power of the above incident electromagnetic energy. 19. The optical limiter of claim 18 operative to respond to at least one of tta. 21.規定値以下の特性を有する電磁エネルギーに応答して、リミッタが実質的 に透過性となり、またかかる特性の値の上昇に応答して、リミッタが自動的にそ の透過特性を低減する請求の範囲第1項記載の光学的リミッタ。21. In response to electromagnetic energy with characteristics below the specified value, the limiter effectively and the limiter automatically becomes transparent in response to an increase in the value of such a characteristic. The optical limiter according to claim 1, which reduces the transmission characteristics of the optical limiter. 22.透過特性における上記低減が上記電磁エネルギーの反射の増加により起こ る請求の範囲第21項記載の光学的リミッタ。22. The reduction in transmission properties is caused by the increased reflection of electromagnetic energy. The optical limiter according to claim 21. 23.上記反射が内部全反射の殆どの量を含んでいる請求の範囲第22項記載の 光学的リミッタ。23. Claim 22, wherein said reflection includes a substantial amount of total internal reflection. optical limiter. 24.上記電磁エネルギーが光である請求の範囲第22項記載の光学的リミッタ 。24. The optical limiter according to claim 22, wherein the electromagnetic energy is light. . 25.上記液晶は、リミッタの光学的制限特性が規定量を超えない限り、上記電 磁エネルギーを取り除くと上記実質的透過特性を自動的に回復する請求の範囲第 21項記載の光学的リミッタ。25. The above-mentioned liquid crystal can be Claim No. 3, wherein said substantially transparent property is automatically restored upon removal of the magnetic energy. The optical limiter according to item 21. 26.上記量が、約20対1のオーダーの定量である請求の範囲第25項記載の 光学的リミッタ。26. Claim 25, wherein said amount is a quantitative amount on the order of about 20:1. optical limiter. 27.入射コヒーレント光に応答して、液晶は、該液晶を介して透過する光の波 面にわたり屈折率を異なる量に変化させることにより光を自己集中させる傾向が ある請求の範囲第1項記載の光学的リミッタ。27. In response to incident coherent light, a liquid crystal transmits a wave of light that is transmitted through the liquid crystal. Tends to self-focus light by varying the index of refraction by different amounts across a surface An optical limiter according to claim 1. 28.上記液晶が、入射光の特性が規定値を超えた場合に上記面の少なくとも一 方で光の散乱が起こるように、ある程度まで上記自己集中を行わしめるように動 作する請求の範囲第27項記載の光学的リミッタ。28. When the characteristics of the incident light exceed a specified value, the liquid crystal In order to cause light scattering in the opposite direction, the self-concentration is performed to a certain extent. 28. The optical limiter according to claim 27. 29.上記散乱が上記面の上記一方で光の反射により起こる請求の範囲第28項 記載の光学的リミッタ。29. Claim 28 wherein said scattering occurs by reflection of light on said one of said surfaces. Optical limiter as described. 30.上記反射が内部全反射からなる請求の範囲第29項記載の光学的リミッタ 。30. The optical limiter according to claim 29, wherein the reflection is total internal reflection. . 31.入射電磁エネルギーの少なくとも1種のエネルギーおよびパワーが高まる につれ、上記液晶は、該液晶を介する電磁エネルギーの透過の制限を行わしめる のに要する時間が短かくなるように動作する請求の範囲第1項記載の光学的リミ ッタ。31. Increases the energy and power of at least one of the incident electromagnetic energy As a result, the liquid crystal limits the transmission of electromagnetic energy through the liquid crystal. The optical limiter according to claim 1, which operates to shorten the time required for tta. 32.リミッタを介しての電磁エネルギーの透過の制限量は、入射電磁エネルギ ーの少なくとも1種のエネルギーおよびパワーの上昇の非一次関数的に増加する 請求の範囲第1項記載の光学的リミッタ。32. The limited amount of transmission of electromagnetic energy through the limiter is the amount of incident electromagnetic energy non-linear increase in the energy and power of at least one of - An optical limiter according to claim 1. 33.液晶が入射コヒーレント光に対して応答する請求の範囲第32項記載の光 学的リミッタ。33. 33. The light of claim 32, wherein the liquid crystal responds to incident coherent light. scientific limiter. 34.上記入射コヒーレント光がパルス形態であり、該パルスが規定値を超える と、入力パルスが大きくなるにつれ、リミッタからの光出力の値が小さくなる請 求の範囲第33項記載の光学的リミッタ。34. The incident coherent light is in the form of a pulse, and the pulse exceeds a specified value. , the value of the optical output from the limiter will decrease as the input pulse increases. Optical limiter according to claim 33. 35.上記液晶が正の誘電異方性を有する請求の範囲第1項記載の光学的リミッ タ。35. The optical limiter according to claim 1, wherein the liquid crystal has positive dielectric anisotropy. Ta. 36.上記液晶が負の誘電異方性を有する請求の範囲第1項記載の光学的リミッ タ。36. The optical limiter according to claim 1, wherein the liquid crystal has negative dielectric anisotropy. Ta. 37.液晶に電界を印加してかかる電界に対して液晶構造を配向させるための手 段を更に備えている請求の範囲第1項記載の光学的リミッタ。37. A method for applying an electric field to liquid crystal and aligning the liquid crystal structure in response to the applied electric field. The optical limiter of claim 1 further comprising a stage. 38.上記液晶を上記一対の境界面に対して一般に平行に配向させるための配向 手段を更に備えている請求の範囲第37記載の光学的リミッタ。38. Orientation for aligning the liquid crystal generally parallel to the pair of interfaces. 38. The optical limiter of claim 37 further comprising means. 39.電界を印加するための上記手段が、電界を上記面と一般に平行に印加する ための手段を備えており、上記液晶が正の誘電異方性を有し、また上記配向手段 がかかる液晶を印加された電界方向に一般に配向させるための手段を備えている 請求の範囲第38項記載の光学的リミッタ。39. said means for applying an electric field applies an electric field generally parallel to said plane; the liquid crystal has positive dielectric anisotropy, and the alignment means comprises means for orienting such liquid crystal generally in the direction of an applied electric field. An optical limiter according to claim 38. 40.電界を印加するための上記手段が、電界を上記面と一般に平行に印加する ための手段を備えており、上記液晶が負の誘電異方性を有し、また上記配向手段 がかかる液晶を印加された電界方向に対し一般に垂直方向に配向させるための手 段を備えている請求の範囲第38項記載の光学的リミッタ。40. said means for applying an electric field applies an electric field generally parallel to said plane; the liquid crystal has negative dielectric anisotropy, and the alignment means A method for aligning such liquid crystals in a direction generally perpendicular to the direction of an applied electric field. 39. An optical limiter as claimed in claim 38, comprising a step. 41.上記液晶が入射光に対して応答し、上記液晶が常軸および異常軸の常光屈 折率および異常光屈折率とを有し、リミッタからの光出力の透過を制限する動作 が、入射光が直線偏光されて入射光の電気ベクトルが液晶のかかる異常軸と平行 である場合よりも大きい請求の範囲第1項記載の光学的リミッタ。41. The above liquid crystal responds to the incident light, and the above liquid crystal responds to the incident light, and the above liquid crystal responds to the ordinary axis and the extraordinary axis. an operation that has a refractive index and an extraordinary refractive index and limits transmission of light output from the limiter However, the incident light is linearly polarized and the electric vector of the incident light is parallel to the anomalous axis of the liquid crystal. 2. The optical limiter according to claim 1, wherein the optical limiter is larger than when . 42.上記面の間の距離が約0.0lミリメーター〜約2ミリメーターである請 求の範囲第1項記載の光学的リミッタ。42. Make sure that the distance between the above surfaces is about 0.0 l mm to about 2 mm. Optical limiter according to item 1. 43.上記距離が約0.1〜0.8ミリメーターである請求の範囲第42項記載 の光学的リミッタ。43. Claim 42, wherein said distance is about 0.1 to 0.8 millimeters. optical limiter. 44.上記距離が約0.1〜0.5ミリメーターである請求の範囲第43項記載 の光学的リミッタ。44. Claim 43, wherein said distance is about 0.1 to 0.5 millimeters. optical limiter. 45.光学的リミッタが一対の面の間で層状に配向するスメクチック液晶材料と 、入射光受光用の入力サイドと、光がリミッタを透過してリミッタから外に出る ための出力サイドとを備え、上記液晶が、規定値を超える光入力に応答して上記 出力サイドから光が出るのを自動的に制限することを特徴とする光学的リミッタ 。45. A smectic liquid crystal material in which an optical limiter is oriented in layers between a pair of surfaces. , the input side for receiving the incident light and the light passing through the limiter and exiting from the limiter. and an output side for the above-mentioned liquid crystal to respond to a light input exceeding the specified value. Optical limiter that automatically limits light emitted from the output side . 46.入射光受光用手段と、装置の出力としての出力光の送り出し手段と、入射 光を上記出力光送り出し手段に向けて該装置から光出力を得るための手段と、上 記受光用手段と上記送り出し手段との間に、かかる入射光の特性値の関数として 出力光の量を自動的に制限するように動作する光学的リミッタとを備えてたこと を特徴とする光学的装置。46. means for receiving incident light, means for sending out output light as an output of the device, and means for receiving incident light; means for directing light to said output light delivery means to obtain light output from said device; between the light recording/receiving means and the sending means, as a function of the characteristic value of the incident light. and an optical limiter that operates to automatically limit the amount of output light. An optical device characterized by: 47.上記光学的リミッタが一対の境界面間にスメクチック液晶を備えており、 上記液晶が上記面に対して一般に垂直に配向する層に配向する請求の範囲第46 項記載の光学的装置。47. The optical limiter has a smectic liquid crystal between a pair of interfaces, Claim 46, wherein said liquid crystal is oriented in a layer generally oriented perpendicular to said plane. Optical device as described in section.
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