JPH06273718A - Liquid crystal optical device and illuminator using the same - Google Patents

Liquid crystal optical device and illuminator using the same

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JPH06273718A
JPH06273718A JP5089278A JP8927893A JPH06273718A JP H06273718 A JPH06273718 A JP H06273718A JP 5089278 A JP5089278 A JP 5089278A JP 8927893 A JP8927893 A JP 8927893A JP H06273718 A JPH06273718 A JP H06273718A
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JP
Japan
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liquid crystal
light
optical element
solidified
crystal optical
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP5089278A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yoshiharu Oi
好晴 大井
Yutaka Kumai
裕 熊井
Tsuneo Wakabayashi
常生 若林
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AG Technology Co Ltd
Original Assignee
AG Technology Co Ltd
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Filing date
Publication date
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Publication of JPH06273718A publication Critical patent/JPH06273718A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To provide an efficient optical modulator. CONSTITUTION:This liquid crystal optical device is provided with optical fibers 51 and 52, rod lenses 55 and 56, prisms 2A and 2B, and a liquid crystal optical element 30 consisting of a front substrate 31, a front electrode 30A, a liquid crystal solidified composite layer 30B, a rear electrode 30C used as a reflecting means, and a rear substrate 32, and a sufficient gap between substrates is reserved to a rugged boundary face in the optical path or the liquid crystal solidified composite layer or a boundary face inclined at an angle alpha to the reflecting face is provided, and light passes the liquid crystal solidified composite layer 30B twice or more.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、光ファイバおよび液晶
固化物複合体を備えた透過散乱型の液晶光学素子を用い
た液晶光学装置、およびそれを用いた照明装置に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a liquid crystal optical device using a transmission / scattering type liquid crystal optical element provided with an optical fiber and a liquid crystal solidified composite, and an illuminating device using the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来から光源と光伝送用の光ファイバと
の間に液晶光学素子を配置して、液晶光学素子により光
源から光ファイバに伝達される光量を制御する液晶光学
装置が知られている。さらに、光エネルギー伝送用の光
ファイバ、または単線の光ファイバを束ねた光ファイバ
バンドルと光源と液晶光学素子とを用いた照明装置や配
光装置が提案されている。
2. Description of the Related Art A liquid crystal optical device in which a liquid crystal optical element is arranged between a light source and an optical fiber for optical transmission and the amount of light transmitted from the light source to the optical fiber is controlled by the liquid crystal optical element has been known. There is. Furthermore, an illumination device and a light distribution device using an optical fiber for transmitting optical energy or an optical fiber bundle in which a single optical fiber is bundled, a light source and a liquid crystal optical element have been proposed.

【0003】また、光源から液晶光学素子への導光手段
に光ファイバを用い、光ファイバと光ファイバとの間に
液晶光学素子を配置した構成が提案されている。図6に
従来例としてその基本配置を示す。入射用の光ファイバ
51と出射用の光ファイバ52と凸レンズ41と、反射
型手段と液晶固化物複合体とを備えた透過散乱型の動作
モードを示す液晶光学素子30とから構成されている。
そして、この構成により光の変調を達成することができ
る。
Further, there has been proposed a structure in which an optical fiber is used as a light guiding means from the light source to the liquid crystal optical element, and the liquid crystal optical element is arranged between the optical fibers. FIG. 6 shows the basic arrangement as a conventional example. It is composed of an optical fiber 51 for incidence, an optical fiber 52 for emission, a convex lens 41, and a liquid crystal optical element 30 including a reflection type means and a liquid crystal solidified compound composite and showing a transmission / scattering type operation mode.
Then, with this configuration, light modulation can be achieved.

【0004】また、この従来例と似たような配置構成で
あるが、光通信情報伝送用の低損失細線光ファイバを液
晶光学素子の光入射側および光出射側に用いた光可変減
衰器が提案されている。以上のように、透過散乱型の動
作モードを有し偏光板なしで光の制御を行うことのでき
る液晶固化物複合体を備えた液晶光学素子を用いること
により光損失の低減が可能となることから、反射型液晶
光学素子とレンズを用いても光可変減衰器が構築可能で
あることが提案されている。
An optical variable attenuator having a similar arrangement to that of the prior art, but using low-loss thin-line optical fibers for optical communication information transmission on the light incident side and the light emitting side of a liquid crystal optical element is provided. Proposed. As described above, it is possible to reduce light loss by using a liquid crystal optical element having a liquid crystal solidified composite having a transmission / scattering operation mode and capable of controlling light without a polarizing plate. Therefore, it is proposed that an optical variable attenuator can be constructed even by using a reflective liquid crystal optical element and a lens.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】この場合、反射型の構
成とすることによって液晶固化物複合体層を光が2回通
過するため、液晶固化物複合体自体の散乱能は1回のみ
光が通過する透過型の構成に比べ飛躍的に向上する。
In this case, since the light passes through the liquid crystal solidified substance composite layer twice by adopting the reflection type structure, the light scattering ability of the liquid crystal solidified substance composite itself is only once. This is a dramatic improvement over the transmissive configuration that passes through.

【0006】しかし、液晶光学素子の界面および集光用
レンズの界面などにおいて生じる界面反射の一部が光出
射側の光ファイバに常時入射するため、液晶固化物複合
体が散乱状態の時、光ファイバからの出射光量は低くな
らず、液晶固化物複合体層への電圧印加および非印加に
よる出射光の消光比は透過型の構成に比べ高いとはいえ
なかった。
However, a part of the interface reflection generated at the interface of the liquid crystal optical element and the interface of the condensing lens is always incident on the optical fiber on the light emitting side, so that when the liquid crystal solidified composite is in the scattering state, The amount of light emitted from the fiber was not reduced, and the extinction ratio of the light emitted by applying or not applying voltage to the liquid crystal solidified composite layer was not higher than that of the transmissive structure.

【0007】したがって、液晶光学素子の電圧印可に伴
なう光量変化のダイナミックレンジは透過型の素子構成
に比較して改善されることはほとんどなく低い特性値の
ままであった。また、多量の光を放出する光源を用いた
場合、放射熱などに伴う液晶光学素子の温度上昇は著し
く、各種の電気光学特性(印加電圧対光透過率の特性、
ダイナミック応答特性、消光比等)の再現性が低くなり
正確な調光が困難となった。
Therefore, the dynamic range of the change in the amount of light associated with the application of voltage to the liquid crystal optical element is hardly improved as compared with the transmissive element structure, and remains at a low characteristic value. In addition, when a light source that emits a large amount of light is used, the temperature rise of the liquid crystal optical element due to radiant heat or the like is remarkable, and various electro-optical characteristics (characteristics of applied voltage versus light transmittance,
The reproducibility of dynamic response characteristics, extinction ratio, etc.) became poor, making accurate dimming difficult.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明は、光源と、第一
の導光手段と、第一のプリズム体と、表電極が形成され
た表基板と裏電極が形成された裏基板の間に、液晶が固
化物マトリックス中に分散保持された液晶固化物複合体
が挟持され、両電極間に発生する電界によって液晶が制
御され、液晶の屈折率が固化物マトリックスの屈折率に
一致しない際に光が散乱し、液晶の屈折率が固化物マト
リックスの屈折率とほぼ一致した際に光が透過する液晶
固化物複合体層を備えた液晶光学素子と、光反射手段
と、第二のプリズム体と、第二の導光手段とが設けら
れ、光源から第二の導光手段に至る光路の途中に光反射
手段が配置され、液晶固化物複合体層は光反射手段の反
射面側に近接して配置されるか、もしくは反射面に密着
して配置され、光源から出射された光は第一の導光手段
を通過して第一のプリズム体を介して液晶光学素子の第
一の面の入射部から液晶光学素子の内部へ入射せしめら
れ、第一の面の反射部または光反射手段でそれぞれ1回
以上反射され、最後に第一の面の出射部から出射され、
さらに第二のプリズム体を介して第二の導光手段に入射
せしめられ、入射部から出射部に至るまでに液晶固化物
複合体層を2n 回(n=1以上の整数)通過せしめら
れ、このさいに液晶固化物複合体層の光の透過度によっ
て光量が制御され、液晶光学素子内部での光路に交わる
界面のうちの少なくとも一つの界面に凹凸が設けられる
か、または、液晶光学素子の液晶固化物複合体層と光反
射手段との間隔dを液晶固化物複合体層の厚さtに対し
て10倍以上とされるか、または、液晶光学素子内部で
の光路に交わる界面のうちの少なくとも一つの界面が光
反射手段の反射面に対して所定の角度αだけ傾斜せしめ
られたことを特徴とする液晶光学装置(1)を提供す
る。
According to the present invention, a light source, a first light guide means, a first prism body, a front substrate having a front electrode and a back substrate having a back electrode are formed. When a liquid crystal solidified substance composite in which liquid crystal is dispersed and held in a solidified substance matrix is sandwiched, the liquid crystal is controlled by an electric field generated between both electrodes, and the refractive index of the liquid crystal does not match the refractive index of the solidified substance matrix. A liquid crystal optical element having a liquid crystal and solidified substance composite layer that transmits light when the refractive index of the liquid crystal is substantially matched with the refractive index of the solidified substance matrix, a light reflecting means, and a second prism. A body and a second light guiding means, and a light reflecting means is arranged in the optical path from the light source to the second light guiding means, and the liquid crystal solidified composite layer is on the reflecting surface side of the light reflecting means. Placed close to each other or closely attached to the reflective surface, The emitted light passes through the first light guide means and enters the inside of the liquid crystal optical element from the incident portion of the first surface of the liquid crystal optical element through the first prism body. The light is reflected once or more by the reflecting portion or the light reflecting means, and finally emitted from the emitting portion of the first surface,
Further, it is made incident on the second light guide means through the second prism body, and passed through the liquid crystal solidified composite layer 2 n times (an integer of 1 or more) from the incident portion to the emitting portion. At this time, the amount of light is controlled by the light transmittance of the liquid crystal solidified composite layer, and at least one of the interfaces intersecting the optical path inside the liquid crystal optical element is provided with irregularities, or the liquid crystal optical element The distance d between the liquid crystal solidified composite layer and the light reflecting means is set to be 10 times or more the thickness t of the liquid crystal solidified composite layer, or at the interface intersecting the optical path inside the liquid crystal optical element. Provided is a liquid crystal optical device (1), wherein at least one of the interfaces is tilted by a predetermined angle α with respect to the reflecting surface of the light reflecting means.

【0009】また、光源と、第一の導光手段と、表電極
が形成された表基板と裏電極が形成された裏基板の間
に、液晶が固化物マトリックス中に分散保持された液晶
固化物複合体が挟持され、両電極間に発生する電界によ
って液晶が制御され、液晶の屈折率が固化物マトリック
スの屈折率に一致しない際に光が散乱し、液晶の屈折率
が固化物マトリックスの屈折率とほぼ一致した際に光が
透過する液晶固化物複合体層を備えた液晶光学素子と、
光反射手段と、第二の導光手段と反射面を備えたプリズ
ム体とが設けられ、光源から第二の導光手段に至る光路
の途中に光反射手段が配置され、液晶固化物複合体層は
光反射手段の反射面側に近接して配置されるか、もしく
は反射面に密着して配置され、光源から出射された光は
第一の導光手段を通過せしめられ、プリズム体の入射面
からプリズム体内部へ導光され、さらに液晶光学素子の
第一の面の入射部から液晶光学素子の内部へ入射せしめ
られ、プリズム体の反射面、または光反射手段でそれぞ
れ1回以上反射され、最後にプリズム体の出射面から第
二の導光手段に入射せしめられ、プリズム体の入射面か
らプリズム体の出射面に至るまでに液晶固化物複合体層
を2n 回(n=1以上の整数)通過せしめられ、このさ
いに液晶固化物複合体層の光の透過度によって光量が制
御され、液晶光学素子内部での光路に交わる界面のうち
の少なくとも一つの界面に凹凸が設けられるか、また
は、液晶光学素子の液晶固化物複合体層と光反射手段と
の間隔dを液晶固化物複合体層の厚さtに対して10倍
以上とされるか、または、液晶光学素子内部での光路に
交わる界面のうちの少なくとも一つの界面が光路の中心
軸に対して所定の角度αだけ傾斜せしめられたことを特
徴とする液晶光学装置(2)を提供する。
Further, liquid crystal solidification in which liquid crystal is dispersed and held in a solidified matrix between the light source, the first light guide means, the front substrate on which the front electrode is formed and the back substrate on which the back electrode is formed. The liquid crystal is controlled by the electric field generated between the two electrodes by sandwiching the object complex, and when the refractive index of the liquid crystal does not match the refractive index of the solidified matrix, light is scattered and the refractive index of the liquid crystal becomes A liquid crystal optical element having a liquid crystal solidified composite layer through which light is transmitted when the refractive index is substantially matched,
A light reflecting means, a prism body having a second light guiding means and a reflecting surface are provided, and the light reflecting means is arranged in the optical path from the light source to the second light guiding means. The layer is arranged close to the reflection surface side of the light reflection means or is arranged in close contact with the reflection surface, and the light emitted from the light source is allowed to pass through the first light guide means and is incident on the prism body. The light is guided from the surface to the inside of the prism body, and is made to enter the inside of the liquid crystal optical element from the incident portion of the first surface of the liquid crystal optical element, and is reflected at least once by the reflecting surface of the prism body or the light reflecting means. Finally, the liquid crystal solidified composite layer is made to enter the second light guide means from the exit surface of the prism body, and 2 n times (n = 1 or more) between the entrance surface of the prism body and the exit surface of the prism body. Of the liquid crystal solidified compound. The amount of light is controlled by the light transmittance of the body layer, at least one of the interfaces intersecting the optical path inside the liquid crystal optical element is provided with irregularities, or the liquid crystal solidified composite layer of the liquid crystal optical element and The distance d from the light reflecting means is 10 times or more the thickness t of the liquid crystal solidified composite layer, or at least one of the interfaces intersecting the optical path inside the liquid crystal optical element is the optical path. Provided is a liquid crystal optical device (2) which is tilted by a predetermined angle α with respect to the central axis of the liquid crystal optical device (2).

【0010】また、上記の液晶光学装置(1)または
(2)の、界面に凹凸が設けられた液晶光学装置におい
て、表電極のなす界面に凹凸が形成されたことを特徴と
する液晶光学装置(3)を提供する。また、上記の液晶
光学装置(1)〜(3)のいずれか1つの、界面に凹凸
が設けられた液晶光学装置において、裏電極のなす界面
に凹凸が形成されたことを特徴とする液晶光学装置
(4)を提供する。
Further, in the liquid crystal optical device of the above-mentioned liquid crystal optical device (1) or (2) in which the interface is provided with unevenness, the interface formed by the front electrode is provided with unevenness. Provide (3). In addition, in any one of the liquid crystal optical devices (1) to (3) described above, the liquid crystal optical device having irregularities on the interface, the irregularities are formed on the interface formed by the back electrode. A device (4) is provided.

【0011】また、上記の液晶光学装置(1)〜(3)
のいずれか1つの、界面に凹凸が設けられた液晶光学装
置において、光反射手段は液晶光学素子のほぼ平坦な裏
電極と兼用されてなることを特徴とする液晶光学装置
(5)を提供する。また、上記の液晶光学装置(1)〜
(5)のいずれか1つの液晶光学装置において、裏基板
側にさらに温度調整器が設けられたことを特徴とする液
晶光学装置(6)を提供する。さらに、上記の液晶光学
装置(1)〜(6)のいずれか1つの液晶光学装置を備
えた照明装置を提供する。
Further, the above liquid crystal optical devices (1) to (3)
In any one of the liquid crystal optical device having an uneven surface, the light reflecting means is also used as a substantially flat back electrode of the liquid crystal optical element. . Further, the above liquid crystal optical device (1) to
The liquid crystal optical device (6) is characterized in that, in the liquid crystal optical device according to any one of (5), a temperature adjuster is further provided on the back substrate side. Further, there is provided an illuminating device equipped with any one of the above liquid crystal optical devices (1) to (6).

【0012】本発明の液晶光学装置においては、不要な
正規反射光低減手段として液晶光学素子の透明電極面に
微細な凹凸が形成されるか、または、液晶光学素子の液
晶固化物複合体層と光反射手段との間隔dを液晶固化物
複合体層の厚さtに対して10倍以上とする。液晶光学
素子の液晶固化物複合体層を光反射手段の反射面に対し
て傾斜角度を設ける。これらの不要反射低減手段によっ
て、液晶固化物複合体層と透明電極付き基板ガラスとの
界面などにおいて生じる正規反射の内、第二の導光手段
に入射する成分が低減される。
In the liquid crystal optical device of the present invention, fine irregularities are formed on the transparent electrode surface of the liquid crystal optical element as an unnecessary regular reflection light reducing means, or a liquid crystal solidified composite layer of the liquid crystal optical element is formed. The distance d from the light reflecting means is 10 times or more the thickness t of the liquid crystal solidified composite layer. The liquid crystal solidified composite layer of the liquid crystal optical element is provided with an inclination angle with respect to the reflecting surface of the light reflecting means. By these unnecessary reflection reducing means, of the regular reflections generated at the interface between the liquid crystal solidified composite layer and the substrate glass with the transparent electrode, the components incident on the second light guiding means are reduced.

【0013】また、プリズム体と液晶光学素子との間の
界面による正規反射光を積極的に抑制するように、一体
的な構造を採用し、コンパクトかつ機械的に強固であり
光学的に優れた液晶光学装置を提供する。
Further, an integral structure is adopted so as to positively suppress the regular reflection light due to the interface between the prism body and the liquid crystal optical element, and it is compact and mechanically strong and optically excellent. A liquid crystal optical device is provided.

【0014】[0014]

【作用】本発明によれば、光が固体媒体中のみを通過
し、液晶固化物複合体層を少なくとも2回以上通過する
ため、透過散乱型光学素子の実効的散乱能が向上する。
そして、透過散乱型の液晶光学素子を反射型構成で光源
と光ファイバとの間に設置したときに問題となる各光学
素子の界面反射に起因する消光比およびダイナミックレ
ンジの劣化が改善される。その結果、従来の透過型素子
構成および反射型素子構成の透過散乱型液晶光学素子と
光ファイバを用いた光学装置に比べて、高い消光比が得
られる。
According to the present invention, since light passes only through the solid medium and passes through the liquid crystal solidified composite layer at least twice, the effective scattering ability of the transmission / scattering type optical element is improved.
Then, when the transmission / scattering type liquid crystal optical element is installed between the light source and the optical fiber in the reflection type configuration, deterioration of the extinction ratio and the dynamic range due to the interface reflection of each optical element, which is a problem, is improved. As a result, a higher extinction ratio can be obtained as compared with an optical device using a transmission-scattering type liquid crystal optical element having a conventional transmissive element structure and a reflective element structure and an optical fiber.

【0015】また、裏基板側から液晶光学素子を強制的
に温度制御することにより、液晶光学素子の電気光学特
性が安定するとともに最適な電気光学特性が得られる温
度で常に動作させることができる。
Further, by forcibly controlling the temperature of the liquid crystal optical element from the back substrate side, the electro-optical characteristics of the liquid crystal optical element can be stabilized and the liquid crystal optical element can always be operated at a temperature at which the optimum electro-optical characteristic is obtained.

【0016】[0016]

【実施例】【Example】

(実施例1)以下、実施例により具体的に説明する。本
発明の実施例1を図1に示し、これを参照して説明す
る。実施例1の液晶光学装置は、光源として外部に設置
された光源から出射された光が入力用光ファイバ51か
ら導光され、入力インターフェース55を経て入力側の
第1のプリズム体2Aから液晶光学素子30の内部へ導
入される。出力側にも入力側とほぼ対称に第2のプリズ
ム体2Bと出力インターフェース56、出力用光ファイ
バ52が設けられている。
(Embodiment 1) Hereinafter, a specific description will be given with reference to an embodiment. Embodiment 1 of the present invention is shown in FIG. 1 and will be described with reference to this. In the liquid crystal optical device according to the first embodiment, light emitted from a light source installed outside as a light source is guided from the input optical fiber 51, passes through the input interface 55, and is input from the first prism body 2A on the input side to the liquid crystal optical device. It is introduced inside the element 30. The output side is also provided with the second prism body 2B, the output interface 56, and the output optical fiber 52, which are substantially symmetrical to the input side.

【0017】導光手段として用いられる入力側および出
力側の光ファイバ51,52としては、多成分ガラスを
コアとする開口数(N.A.)0.57のファイバを束
ねて直径5mmのバンドルファイバとしたものを用い
た。
As the input-side and output-side optical fibers 51 and 52 used as the light guiding means, fibers having a numerical aperture (NA) of 0.57 and having a multi-component glass as a core are bundled to form a bundle having a diameter of 5 mm. A fiber was used.

【0018】入力インターフェース55および出力イン
ターフェース56には凸レンズを用い、バンドルファイ
バ51から出射された光を凸レンズ55で平行光化し、
凸レンズ56で平行光を出射側バンドルファイバ52に
集光している。図1〜4では入力インターフェース5
5、出力インターフェース56と導光手段51および5
2とプリズム体2A,2B,3および4が接合された構
造で記されているが、上述のように空間を介して導光さ
れていてもよい。
A convex lens is used for the input interface 55 and the output interface 56, and the light emitted from the bundle fiber 51 is collimated by the convex lens 55,
The convex lens 56 focuses parallel light on the bundle fiber 52 on the output side. The input interface 5 in FIGS.
5, output interface 56 and light guide means 51 and 5
Although it is described as a structure in which 2 and the prism bodies 2A, 2B, 3 and 4 are joined, they may be guided through the space as described above.

【0019】より強固な固定および界面反射光損失を低
減するためには、図1〜4に示すように屈折率分布型
(グレーテッドインデックス)ロッドレンズを入力イン
ターフェースおよび出力インターフェースとして用い、
入力インターフェースおよび出力インターフェースをそ
れぞれ導光手段とプリズム体に接合した構造が好まし
い。プリズム体2A,2Bと液晶光学素子30は屈折率
が同程度の光学材料であることが好ましく、それぞれは
屈折率が同程度の光学接着剤またはカップリングオイル
で接合されている。
In order to more firmly fix and reduce the interface reflection light loss, a gradient index rod lens is used as an input interface and an output interface as shown in FIGS.
It is preferable that the input interface and the output interface are joined to the light guide means and the prism body, respectively. The prism bodies 2A, 2B and the liquid crystal optical element 30 are preferably made of an optical material having a similar refractive index, and they are bonded together by an optical adhesive or a coupling oil having a similar refractive index.

【0020】液晶光学素子30の表基板31の表面での
全反射を利用して液晶光学素子内を導光する場合、構成
が簡単であるとともにほぼ100%の高い反射率が得ら
れる。ただし、全反射が起こるためには表基板(屈折率
n)内での入射角が、次の(1)式で記述される臨界角
θc (°)以上でなければならない。 sin(θc )=1/n (1)
When light is guided in the liquid crystal optical element by utilizing the total reflection on the surface of the front substrate 31 of the liquid crystal optical element 30, the structure is simple and a high reflectance of almost 100% can be obtained. However, in order for total reflection to occur, the incident angle within the front substrate (refractive index n) must be equal to or greater than the critical angle θ c (°) described by the following equation (1). sin (θ c ) = 1 / n (1)

【0021】したがって、プリズム体2A,2Bの傾斜
面と液晶光学素子30の表基板とのなす角度を、(90
°−θc )以上にしなければならない。一方、液晶光学
素子30の表基板31の表面に反射膜を形成する場合は
(1)式のような制約はないため、プリズム体2A,2
Bの形成の許容範囲が広い。
Therefore, the angle formed between the inclined surfaces of the prism bodies 2A and 2B and the front substrate of the liquid crystal optical element 30 is (90)
° -θ c ) or higher. On the other hand, when the reflective film is formed on the surface of the front substrate 31 of the liquid crystal optical element 30, there is no restriction as in the formula (1), and therefore the prism bodies 2A, 2
The allowable range for forming B is wide.

【0022】液晶光学素子30は、表基板31、透明な
表電極30A、液晶樹脂複合体層30B、非透明で光を
反射し反射手段を兼用する裏電極30C、および裏基板
32からなる。裏基板32側には温度調整器が設けられ
ている。さらに、液晶光学素子を駆動する駆動回路、お
よび温度調整器を駆動制御する電子回路等などからな
る。
The liquid crystal optical element 30 comprises a front substrate 31, a transparent front electrode 30A, a liquid crystal resin composite layer 30B, a non-transparent back electrode 30C which reflects light and also serves as a reflection means, and a back substrate 32. A temperature controller is provided on the back substrate 32 side. Further, it includes a drive circuit for driving the liquid crystal optical element, an electronic circuit for driving and controlling the temperature adjuster, and the like.

【0023】本実施例での場合、液晶光学素子の表基板
31の、例えばガラスと空気との界面を全反射面として
用い、表基板31と反射手段を兼用する裏電極30Cと
の間で反射を繰り返し液晶固化物複合体層を4回以上通
過させることにより散乱能をさらに向上し、消光比を改
善することができる。
In the case of this embodiment, the interface between the glass and the air of the front substrate 31 of the liquid crystal optical element is used as the total reflection surface, and the reflection is made between the front substrate 31 and the back electrode 30C which also serves as a reflection means. By repeatedly passing through the liquid crystal solidified composite layer four times or more, the scattering ability can be further improved and the extinction ratio can be improved.

【0024】このとき、図1のように、ガラス性の表基
板31と空気との界面での反射はガラスの屈折率によっ
て定まる全反射が起こるようにする。あるいは、アルミ
ニウムや銀等の金属ミラーや多層誘電体膜などのミラー
を形成してもよい。正規反射低減手段としては、表電極
30Aが形成される表基板31の面を微細な凹凸が形成
されたフロスト面としている。
At this time, as shown in FIG. 1, the reflection at the interface between the glass front substrate 31 and the air is such that total reflection determined by the refractive index of the glass occurs. Alternatively, a metal mirror of aluminum or silver or a mirror such as a multilayer dielectric film may be formed. As the regular reflection reducing means, the surface of the front substrate 31 on which the front electrode 30A is formed is a frosted surface having fine irregularities.

【0025】つぎに、本発明で用いられる液晶固化物複
合体の構成について概説する。本発明における液晶光学
素子では、ネマチック液晶が固化物マトリックス中に分
散保持された液晶固化物複合体を挟持した液晶表示素子
を用いる。特に、正の誘電異方性を有するネマチック液
晶が固化物マトリックス中に分散保持され、その固化物
マトリックスの屈折率が使用する液晶の常光屈折率(n
o )とほぼ一致するようにされた液晶固化物樹脂複合体
を用いることが好ましい。そして、液晶固化物複合体
を、一対の電極付きの基板間に挟持する。
Next, the constitution of the liquid crystal solidified composite used in the present invention will be outlined. In the liquid crystal optical element of the present invention, a liquid crystal display element is used in which a liquid crystal solidified substance composite in which nematic liquid crystal is dispersed and held in a solidified substance matrix is sandwiched. In particular, a nematic liquid crystal having a positive dielectric anisotropy is dispersed and held in a solidified matrix, and the refractive index of the solidified matrix is the ordinary refractive index (n
It is preferable to use a liquid crystal solidified resin composite which is made to substantially coincide with o ). Then, the liquid crystal solidified composite is sandwiched between a pair of substrates with electrodes.

【0026】ネマチック液晶のno と異常光屈折率(n
e )との差である屈折率異方性を△nとすると、△nは
0.18以上であることが好ましい。また、特定波長λ
(μm)に対して液晶固化物複合体層の高い散乱能を得
るためには、液晶の平均粒子径R(μm)がその波長に
応じて揃っていることが好ましい。実際には、△n・R
≒λの関係を満たすことが好ましい。
[0026] n o and the extraordinary refractive index of the nematic liquid crystal (n
When the refractive index anisotropy, which is the difference from e ), is Δn, Δn is preferably 0.18 or more. Also, the specific wavelength λ
In order to obtain a high scattering power of the liquid crystal solidified composite layer with respect to (μm), it is preferable that the average particle diameters R (μm) of the liquid crystal are uniform according to the wavelength. Actually, △ n ・ R
It is preferable to satisfy the relationship of ≈λ.

【0027】したがって、光エネルギー伝送用のバンド
ルファイバを用いて可視光の波長帯域(λ=0.4〜
0.7(μm))の光を変調する場合、全波長域で液晶
固化物複合体層での散乱能がほぼ均一になるためには、
液晶の平均粒子径Rが、 0.4<△n・R<0.7 の関係を満たす範囲に分布していることが好ましい。
Therefore, using the bundle fiber for optical energy transmission, the wavelength band of visible light (λ = 0.4 to
In the case of modulating light of 0.7 (μm)), the scattering ability in the liquid crystal solidified composite layer becomes almost uniform in the entire wavelength range.
The average particle diameter R of the liquid crystal is preferably distributed in a range satisfying the relationship of 0.4 <Δn · R <0.7.

【0028】一方、光通信用単線ファイバを用い、光と
して非可視光域の半導体レーザダイオードやLEDの近
赤外波長域(λ=0.8〜1.6(μm))の単一波長
の光を用いる場合、または可視光発振のレーザであるH
e−Neレーザや半導体レーザの単一波長の光を光計測
用に用いる場合、液晶の平均粒子径Rは、△n・R≒λ
を満たすような粒径分布の少ない構造が好ましい。
On the other hand, a single-line fiber for optical communication is used, and light of a single wavelength in the near-infrared wavelength region (λ = 0.8 to 1.6 (μm)) of a semiconductor laser diode or LED in the invisible light region is used as light. When using light, or H which is a visible light oscillation laser
When using light of a single wavelength from an e-Ne laser or a semiconductor laser for optical measurement, the average particle diameter R of the liquid crystal is Δn · R≈λ
A structure having a small particle size distribution that satisfies the above is preferable.

【0029】この電極付きの基板はガラス、プラスチッ
ク、セラミック等の基板上に電極が設けられたものが使
用される。本発明では少なくとも入射面側の基板には透
明な材料を用いる。さらに平坦で光学的な歪の少ない基
板面を形成するにはガラスが適している。
As the substrate with electrodes, a substrate made of glass, plastic, ceramic or the like, on which electrodes are provided, is used. In the present invention, a transparent material is used for at least the substrate on the incident surface side. Further, glass is suitable for forming a flat substrate surface with less optical distortion.

【0030】それぞれ電極付きの一対の基板間に、液晶
固化物複合体を挟持する。この液晶固化物複合体は、電
圧の印加により電界が発生し、その電界に応じて液晶分
子の配向が変わり、液晶固化物複合体中の液晶の屈折率
が変化する。その固化物マトリックスの屈折率が、液晶
の屈折率とほぼ一致したときに光が透過し、一致しない
ときに光が散乱する。この液晶固化物複合体を用いた液
晶光学素子は偏光板を用いていないので、光損失の少な
い光変調器が得られる。
A liquid crystal solidified composite is sandwiched between a pair of substrates each having an electrode. In this liquid crystal solidified composite, an electric field is generated by applying a voltage, the orientation of liquid crystal molecules is changed according to the electric field, and the refractive index of the liquid crystal in the liquid crystal solidified composite is changed. Light is transmitted when the refractive index of the solidified matrix is substantially the same as the refractive index of the liquid crystal, and light is scattered when the refractive index is not the same. Since the liquid crystal optical element using this liquid crystal solidification composite does not use a polarizing plate, an optical modulator with little optical loss can be obtained.

【0031】具体的には、液晶表示素子として細かな孔
の多数形成された固化物マトリックスとその孔の部分に
充填されたネマチック液晶とからなる液晶固化物複合体
を用いる。この液晶固化物複合体を、電極基板間に挟持
する。その電極間への電圧の印加状態により、その液晶
の屈折率が変化し、固化物マトリックスの屈折率と液晶
の屈折率との関係が変化する。これら両者の屈折率がほ
ぼ一致した時には透過状態となり、屈折率が異なった時
には散乱状態となるような液晶光学素子が使用できる。
Specifically, as a liquid crystal display device, a liquid crystal solidified substance composite comprising a solidified substance matrix in which a large number of fine holes are formed and a nematic liquid crystal filled in the holes is used. The liquid crystal solidified composite is sandwiched between electrode substrates. The refractive index of the liquid crystal changes depending on the state of voltage applied between the electrodes, and the relationship between the refractive index of the solidified matrix and the refractive index of the liquid crystal changes. It is possible to use a liquid crystal optical element that is in a transmissive state when the refractive indexes of these two are substantially the same, and is in a scattering state when the refractive indexes are different.

【0032】この細かな孔の多数形成された固化物マト
リックスとその孔の部分に充填された液晶とからなる液
晶固化物複合体は、マイクロカプセルのような液泡内に
液晶が封じ込められたような構造である。しかし、個々
のマイクロカプセルが完全に独立していなくてもよく、
多孔質体のように個々の液晶の液泡が細隙を介して連通
していてもよい。さらに、連通の度合いが高く、液晶が
編み目状に連通している状態でもよい。
A liquid crystal solidified substance composite comprising a solidified substance matrix having a large number of fine pores formed therein and a liquid crystal filled in the pores is such that the liquid crystal is contained in a liquid bubble such as a microcapsule. It is a structure. However, the individual microcapsules do not have to be completely independent,
Liquid bubbles of individual liquid crystals may be communicated with each other through a slit like a porous body. Furthermore, the degree of communication may be high, and the liquid crystal may be connected in a stitch shape.

【0033】本発明に用いる液晶固化物複合体は、例え
ば以下のようにして製造される。ネマチック液晶と、固
化物マトリックスを構成する硬化性化合物とを混ぜ合わ
せて溶液状またはラテックス状にする。次いで、これを
光硬化、熱硬化、溶媒除去による硬化、反応硬化等させ
て固化物マトリックスを分離し、固化物マトリックス中
にネマチック液晶が分散した状態をとるようにすればよ
い。
The liquid crystal solidified composite used in the present invention is manufactured, for example, as follows. The nematic liquid crystal and the curable compound forming the solidified matrix are mixed to form a solution or latex. Then, this may be subjected to photo-curing, heat-curing, curing by removing a solvent, reaction curing, etc. to separate the solidified matrix so that the nematic liquid crystal is dispersed in the solidified matrix.

【0034】使用する硬化性化合物を、光硬化または熱
硬化タイプにすることにより、密閉系内で硬化できるた
め好ましい。特に、光硬化タイプの硬化性化合物を用い
ると、熱による影響を受けなく、短時間で硬化させるこ
とができ好ましい。具体的な製法としては、従来の通常
のネマチック液晶と同様にシール材を用いてセルを形成
し、注入口からネマチック液晶と硬化性化合物との未硬
化の混合物を注入し、注入口を封止した後、光照射をす
るか加熱して硬化させることもできる。
The curable compound used is preferably a photocurable type or a thermosetting type because it can be cured in a closed system. In particular, it is preferable to use a photo-curing type curable compound because it can be cured in a short time without being affected by heat. As a specific manufacturing method, a cell is formed using a sealing material as in the conventional normal nematic liquid crystal, an uncured mixture of a nematic liquid crystal and a curable compound is injected from an injection port, and the injection port is sealed. After that, it can be cured by irradiation with light or heating.

【0035】また、本発明における液晶光学素子の場合
には、シール材を用いなく、例えば、電極としての透明
電極を設けた基板上に、ネマチック液晶と硬化性化合物
との未硬化の混合物を供給し、その後、もう一方の電極
つき基板を重ねて、光照射等により硬化させることもで
きる。もちろん、その後、周辺にシール材を塗布して周
辺をシールしてもよい。この製法によれば、単にネマチ
ック液晶と硬化性化合物との未硬化の混合物をロールコ
ート、スピンコート、印刷、ディスペンサーによる塗布
等の供給をすればよいため、注入工程が簡便であり、生
産性がきわめてよい。
In the case of the liquid crystal optical element of the present invention, an uncured mixture of a nematic liquid crystal and a curable compound is supplied onto a substrate provided with a transparent electrode as an electrode without using a sealing material. Then, after that, the other electrode-attached substrate may be overlaid and cured by light irradiation or the like. Of course, thereafter, a sealing material may be applied to the periphery to seal the periphery. According to this production method, the uncured mixture of the nematic liquid crystal and the curable compound may be simply supplied by roll coating, spin coating, printing, coating with a dispenser, etc., so that the injection step is simple and the productivity is high. Very good.

【0036】また、これらのネマチック液晶と硬化性化
合物との未硬化の混合物には、基板間隙制御用のセラミ
ック粒子、プラスチック粒子、ガラス繊維等のスペーサ
ー、顔料、色素、粘度調整剤、その他本発明の性能に悪
影響を与えない添加剤を添加してもよい。
The uncured mixture of the nematic liquid crystal and the curable compound contains ceramic particles for controlling the substrate gap, plastic particles, spacers such as glass fibers, pigments, dyes, viscosity modifiers and the like. You may add the additive which does not adversely affect the performance of.

【0037】以上、光重合法による製造方法を示した
が、この他にエマルジョン法によってもマイクロカプセ
ル化液晶を形成することもできる。
Although the production method by the photopolymerization method has been described above, the microencapsulated liquid crystal can be formed by the emulsion method in addition to the above.

【0038】つぎに、その他の構成要件について説明す
る。液晶光学素子30の表電極30AとしてはITOな
どの透明電極を酸性液によるエッチングや研磨によりフ
ロスト処理されたガラス性の表基板31の上に形成して
いる。フロスト処理によって形成された凹凸は、その面
での正規反射が最終的に出射側の導光手段52に到達す
るのを低減する形状であればよい。
Next, other components will be described. As the front electrode 30A of the liquid crystal optical element 30, a transparent electrode such as ITO is formed on the glass front substrate 31 which has been frosted by etching or polishing with an acid solution. The unevenness formed by the frosting process may have any shape as long as it reduces the regular reflection on the surface from finally reaching the light guide means 52 on the emission side.

【0039】したがって、反射面30Cと平行な面が多
く存在する矩形状の凹凸は不適切であり、傾斜角を有す
る斜面の集合体である△状の凹凸が好ましい。この傾斜
角は、導光手段51,52の有効径、入力インターフェ
ース55、出力インターフェース56、液晶固化物複合
体層への入射角、反射回数等に関係するが、一般に傾斜
角は垂直に近いほど、すなわち鋭い△状の凹凸程不要な
界面反射は取り除かれる。
Therefore, the rectangular unevenness having many planes parallel to the reflecting surface 30C is not suitable, and the Δ-shaped unevenness which is an aggregate of inclined surfaces having an inclination angle is preferable. This tilt angle is related to the effective diameter of the light guiding means 51, 52, the input interface 55, the output interface 56, the angle of incidence on the liquid crystal solidified composite layer, the number of reflections, etc. That is, unnecessary interface reflection is removed as sharp Δ-shaped irregularities.

【0040】しかし、鋭角な程表面積が増大するため、
界面反射の割合が増大し、利用できる透過光が減少す
る。したがって、透過率の著しい低下を招かず、不要な
界面反射を低減できる傾斜成分の多い△状の凹凸が好ま
しい。また、本液晶光学装置は表示素子のように面内特
性の均一性が必要でないため、凹凸の大きさ(ピッチ)
に関しての制約は厳しくないが、印加電圧に対する透過
光量の特性において、オン−オフ動作の場合のようによ
り鋭い立ち上がりが必要とされる場合は、凹凸の大きさ
(ピッチ)は小さいほど好ましい。
However, since the surface area increases as the angle becomes sharper,
The rate of interfacial reflection increases and the available transmitted light decreases. Therefore, it is preferable to use Δ-shaped irregularities having many tilt components that can reduce unnecessary interface reflection without causing a significant decrease in transmittance. In addition, since the liquid crystal optical device of the present invention does not require the uniformity of in-plane characteristics, unlike the display element, the size of the unevenness (pitch)
Although there is no strict restriction on the above, in the characteristic of the amount of transmitted light with respect to the applied voltage, when a sharper rise is required as in the case of on-off operation, the smaller the unevenness size (pitch) is, the more preferable.

【0041】一方、中間光量を細かく制御したい調光器
等の応用にはなだらかな印加電圧に対する透過光量の特
性が必要なため、凹凸のピッチすなわち深さを大きな値
とし液晶固化物複合体層の厚みが分散している方が好ま
しい。凹凸面上に形成された透明電極と液晶固化物複合
体層との間で生じる界面反射強度をさらに低減するため
には、透明電極層の上にSiO2 やMgF2 等の低屈折
率層を反射防止膜として形成することが好ましい。ま
た、反射面30Cとしては電極を兼ねてアルミニウム膜
を形成したガラス性の裏基板32を用いた。金属膜以外
に透明電極を誘導体多層膜ミラーの上に積層した構造と
してもよい。
On the other hand, the application of a dimmer or the like for fine control of the intermediate light intensity requires the characteristic of the transmitted light intensity with respect to a gentle applied voltage. It is preferable that the thickness is dispersed. In order to further reduce the interfacial reflection intensity generated between the transparent electrode formed on the uneven surface and the liquid crystal solidified composite layer, a low refractive index layer such as SiO 2 or MgF 2 is formed on the transparent electrode layer. It is preferably formed as an antireflection film. Further, as the reflecting surface 30C, a glass-made back substrate 32 on which an aluminum film is formed also as an electrode is used. In addition to the metal film, a transparent electrode may be laminated on the dielectric multilayer film mirror.

【0042】表基板31の反射面と空気との界面におい
て生じる全反射を利用する場合、表面の異物および汚れ
は全反射効率を劣化させる原因となるため、表面に表基
板材料より屈折率の小さな膜、例えば含フッ素脂肪族環
構造を有する重合体(商標:サイトップ)等、を保護膜
として形成することが好ましい。
When using the total reflection generated at the interface between the reflecting surface of the front substrate 31 and the air, foreign matter and dirt on the surface cause deterioration of the total reflection efficiency, so that the surface has a smaller refractive index than the front substrate material. It is preferable to form a film, for example, a polymer having a fluorine-containing alicyclic structure (trademark: Cytop) as a protective film.

【0043】さらに、液晶固化物複合体層が透明状態の
時は光が表基板31で全反射される反射面領域は図1に
示されるように一部のみであるが、液晶固化物複合体層
が散乱状態のときは散乱光は表基板31の空気との界面
のより広い範囲に入射する。このような不要な散乱光を
効率よく除去するためには、必要とされる全反射領域以
外に黒色塗料などの光吸収体を形成することが有効であ
る。
Further, when the liquid crystal solidified composite layer is in a transparent state, the reflection surface region where the light is totally reflected by the front substrate 31 is only a part as shown in FIG. When the layer is in the scattering state, the scattered light is incident on a wider range of the interface of the front substrate 31 with the air. In order to efficiently remove such unnecessary scattered light, it is effective to form a light absorber such as a black paint in addition to the required total reflection area.

【0044】また、液晶光学素子の反射面の裏側に温度
センサと電熱ヒータが内蔵された放熱板を接着した。さ
らに、この放熱板の背後に空冷用ファンを取付け、液晶
光学素子が設定温度に維持されるように温度をモニター
しながら電熱ヒータと空冷用ファンにより温度調整でき
るようにした。
A heat radiating plate containing a temperature sensor and an electric heater was attached to the back side of the reflecting surface of the liquid crystal optical element. Furthermore, an air-cooling fan was attached behind this heat sink so that the temperature could be adjusted by an electric heater and an air-cooling fan while monitoring the temperature so that the liquid crystal optical element was maintained at the set temperature.

【0045】ハロゲンランプやXeランプやメタルハラ
イドランプ等の可視光源を入射側光ファイバ51に導光
し入射光とした。前記の液晶光学素子30の電極間に1
00Hzの矩形波を交流電圧を印加し、実効電圧値を外
部回路により変調し液晶光学素子の透過散乱状態を変化
させることによって調光器とした。このような構成で作
製した本発明の光ファイバおよび透過散乱型の液晶光学
表示素子を用いた液晶光学装置を用いて、その光学特性
を測定した。その結果を表1にまとめた。
A visible light source such as a halogen lamp, a Xe lamp or a metal halide lamp was guided to the incident side optical fiber 51 to be incident light. 1 between the electrodes of the liquid crystal optical element 30
An AC voltage was applied to a rectangular wave of 00 Hz, the effective voltage value was modulated by an external circuit, and the transmission and scattering state of the liquid crystal optical element was changed to obtain a dimmer. The optical characteristics were measured using the liquid crystal optical device using the optical fiber of the present invention and the transmission / scattering type liquid crystal optical display element manufactured in such a configuration. The results are summarized in Table 1.

【0046】表1において、相対的光透過率は比較例を
100%としている。また、測定は恒温度槽内で行わ
れ、温度は液晶表示素子の温度ではなく光学装置の周囲
温度を意味し、測定消光比は0℃から50℃の温度範囲
における液晶光学素子の印加電圧値0Vと30Vに対す
る出射側ファイバ52の光量値比率の範囲を示す。比較
例として、実施例1に示した構成の液晶光学素子のう
ち、表電極30A面を平坦面とした構成のものに関して
同様の光学特性評価を行いその結果を記載した。
In Table 1, the relative light transmittance is set to 100% in the comparative example. Further, the measurement is carried out in a constant temperature bath, the temperature means not the temperature of the liquid crystal display element but the ambient temperature of the optical device, and the measured extinction ratio is the applied voltage value of the liquid crystal optical element in the temperature range of 0 ° C to 50 ° C. The range of the light amount value ratio of the output side fiber 52 with respect to 0V and 30V is shown. As a comparative example, of the liquid crystal optical element having the structure shown in Example 1, the same optical characteristic evaluation was performed on the liquid crystal optical element having the flat surface as the front electrode 30A surface, and the results are shown.

【0047】[0047]

【表1】 [Table 1]

【0048】この結果から、本発明の構成により光損失
はほとんど小さいまま、消光比の飛躍的向上と安定性が
達成されていることがわかる。したがって、本光学装置
を調光器として用いることにより、印加電圧値に対応し
た出射光量の調整が光量損失が少なく、任意にかつ高速
に行うことができる。
From these results, it can be seen that the structure of the present invention achieves a dramatic improvement in the extinction ratio and stability while the optical loss is almost small. Therefore, by using the present optical device as a dimmer, the amount of emitted light corresponding to the applied voltage value can be adjusted arbitrarily and at high speed with little loss of light amount.

【0049】また、本液晶光学装置は、出射側光ファイ
バの光出射端を被照明物に向けて設置し、光電子増倍管
やSiフォトダイオード等の光検出器の電気信号をロッ
クイン増幅器によりS/N比の高い光計測をする場合に
必要なファイバ式光チョッパーとして利用できる。従来
の回転窓式チョッパーあるいは振動型チョッパーに比べ
て、小型で高速な光チョッピングが可能となる。
Further, in the present liquid crystal optical device, the light emitting end of the light emitting side optical fiber is installed toward the object to be illuminated, and the electric signal of the photodetector such as the photomultiplier tube or the Si photodiode is set by the lock-in amplifier. It can be used as a fiber type optical chopper necessary for optical measurement with a high S / N ratio. Compared with the conventional rotating window type chopper or vibration type chopper, small size and high speed optical chopping becomes possible.

【0050】反射面30Cはアルミニウムなどの金属反
射鏡でもよいし、光学干渉多層膜反射鏡でもよい。前者
の場合、反射面が電極も兼ねるため製造が容易であり、
かつ構造が複雑化しないで素子が構成できる。後者の場
合、多層膜の構成によって熱線を透過し可視光のみを反
射するような分光特性を有するコールドミラーを形成す
ることも可能であるし、光通信で用いられる特定の半導
体レーザ波長に対して反射率100%のミラーも形成で
きる自由度がある。
The reflecting surface 30C may be a metal reflecting mirror such as aluminum or an optical interference multilayer film reflecting mirror. In the former case, the reflecting surface also serves as an electrode, which facilitates manufacturing,
In addition, the device can be constructed without complicating the structure. In the latter case, it is possible to form a cold mirror having a spectral characteristic of transmitting heat rays and reflecting only visible light, depending on the structure of the multilayer film, and for a specific semiconductor laser wavelength used in optical communication. There is a degree of freedom to form a mirror having a reflectance of 100%.

【0051】(実施例2)図2を用いて説明する。本実
施例では実施例1の構成と異なり、表電極30Aと裏電
極30Cはいずれも透明電極で、ともにほぼ平坦面であ
る。また、液晶固化物複合体層30Bと反射手段の反射
面との距離dを充分開けることによって、厚さtの液晶
固化物複合体層30Bと透明な表電極30Aおよび裏電
極30Bの面との界面で生じる正規反射光の光路を液晶
光学素子の面内で生じる正規反射光の光路を液晶光学素
子の面内方向にシフトさせ、不要な界面反射光が出射側
の導光手段52に到達しないようにすることができる。
(Embodiment 2) This will be described with reference to FIG. In the present embodiment, unlike the configuration of the first embodiment, both the front electrode 30A and the back electrode 30C are transparent electrodes, and both are substantially flat surfaces. Further, by sufficiently opening the distance d between the liquid crystal solidified composite layer 30B and the reflection surface of the reflection means, the liquid crystal solidified composite layer 30B having a thickness t and the surfaces of the transparent front electrode 30A and back electrode 30B are separated. The optical path of the regular reflection light generated at the interface is shifted in the in-plane direction of the liquid crystal optical element so that the unnecessary interface reflection light does not reach the light guide means 52 on the emission side. You can

【0052】このシフト量δは、液晶固化物複合体層3
0Bへの入射光の入射角θと反射手段の反射面との距離
dによってδ=2d・tanθと記述される。不要な界
面反射光を出射側導光手段52に到達させないために
は、シフト量δが液晶固化物複合体層30Bへの入射光
の照射幅L以上であればよい。このようにして、不要な
界面反射光を除去するのに必要なシフト量δが定まれ
ば、それに応じて間隔dが求まる。液晶固化物複合体層
を保持する片側の基板としての機能も考慮すると一定以
上の厚みdが必要となり、一方dを大きな値とすると液
晶光学素子が大型化するため、実際にはd=0.5〜3
0mm程度が好ましい。
This shift amount δ depends on the liquid crystal solidified substance composite layer 3
It is described as δ = 2d · tan θ by the incident angle θ of the incident light on 0B and the distance d between the reflecting surface of the reflecting means. In order to prevent unnecessary interface reflected light from reaching the light guide 52 on the outgoing side, the shift amount δ may be equal to or larger than the irradiation width L of the incident light on the liquid crystal solidified composite layer 30B. In this way, if the shift amount δ required to remove the unnecessary interface reflected light is determined, the interval d is determined accordingly. Considering the function as the substrate on one side for holding the liquid crystal solidified composite layer, the thickness d needs to be a certain value or more. On the other hand, if d is a large value, the liquid crystal optical element becomes large, and therefore d = 0. 5-3
About 0 mm is preferable.

【0053】また、本実施例では光通信情報伝送用のコ
ア径10μmの石英系単一モード光ファイバを導光手段
51,52として用い、屈折率分布型(グレーテッドイ
ンデックス)ロッドレンズを入力インターフェース5
5、出力インターフェース56として用いた。光ファイ
バ導波光は波長1.3μmおよび1.5μm近赤外域の
半導体レーザ光を用いた。プリズム体2A,2Bは各々
図2に示されるように入力インターフェース55、出力
インターフェース56と液晶光学素子30の表基板31
に光学接着剤で接合されている。
Further, in this embodiment, a silica type single mode optical fiber having a core diameter of 10 μm for optical communication information transmission is used as the light guiding means 51, 52, and a gradient index rod lens is used as an input interface. 5
5, used as the output interface 56. As the optical fiber guided light, semiconductor laser light with wavelengths of 1.3 μm and 1.5 μm in the near infrared region was used. Each of the prism bodies 2A and 2B includes an input interface 55, an output interface 56, and a front substrate 31 of the liquid crystal optical element 30 as shown in FIG.
It is joined with an optical adhesive.

【0054】また、液晶光学素子30の表基板31の表
面の反射面部分のみに導波光の波長帯域の光を99%以
上反射する誘電体多層膜ミラーが形成され、他の表基板
31の表面には光吸収体が塗布されている。本実施例で
は、表基板31の表面での反射を全反射ではなく誘電体
多層膜ミラーで行うため、(1)式で記述される全反射
条件を満たす必要はない。
A dielectric multilayer mirror that reflects 99% or more of light in the wavelength band of the guided light is formed only on the reflection surface portion of the surface of the front substrate 31 of the liquid crystal optical element 30, and the surface of another front substrate 31. A light absorber is applied to. In the present embodiment, since the reflection on the surface of the front substrate 31 is performed not by the total reflection but by the dielectric multilayer mirror, it is not necessary to satisfy the total reflection condition described by the equation (1).

【0055】したがって、液晶固化物複合体層30Bで
の散乱光や導波光以外の波長光等の不要な導波光が表基
板31の表面で全反射されて一部が導波することを防ぐ
ために、(1)式で定まる臨界角θc より小さな入射角
で液晶固化物複合体層30Bに入射するようにプリズム
体2A,2Bの傾斜角を定め、不要な光が液晶光学素子
30内部を導波する割合を減らした。
Therefore, in order to prevent unnecessary guided light such as scattered light at the liquid crystal solidified composite layer 30B or light having a wavelength other than guided light from being totally reflected by the surface of the front substrate 31 and partly guided. , The tilt angles of the prism bodies 2A and 2B are set so that they are incident on the liquid crystal solidified substance composite layer 30B at an incident angle smaller than the critical angle θ c determined by the equation (1), and unnecessary light is guided inside the liquid crystal optical element 30. Reduced the rate of waves.

【0056】本実施例では、液晶固化物複合体層30B
の厚み約20μmとし、表基板31および裏基板32を
板厚約1mmのホウ珪酸ガラスを用いた。その結果、1
6以上の高い消光比と2msec以下の応答速度が安
定して得られた。
In this embodiment, the liquid crystal solidified composite layer 30B is used.
And the front substrate 31 and the back substrate 32 were made of borosilicate glass having a thickness of about 1 mm. As a result, 1
A high extinction ratio of 0 6 or more and a response speed of 2 msec or less were stably obtained.

【0057】(実施例3)図3を用いて説明する。本実
施例では実施例1の構成と異なり、表電極30Aの面と
裏電極30Cの面はともにほぼ平坦である。裏基板32
の裏面側に設けられた専用の光反射手段90によって光
が反射される。また、液晶固化物複合体層30Bと接す
る透明な表電極30Aと裏電極30Cとは光反射手段9
0と平行とされず適当な傾斜角度を付けておくことによ
って、液晶光学素子30内部の不要な界面反射を除去す
ることができる。
(Embodiment 3) Description will be made with reference to FIG. In this embodiment, unlike the structure of the first embodiment, both the surface of the front electrode 30A and the surface of the back electrode 30C are substantially flat. Back substrate 32
Light is reflected by a dedicated light reflecting means 90 provided on the back side of the. In addition, the transparent front electrode 30A and the back electrode 30C, which are in contact with the liquid crystal solidified composite layer 30B, are the light reflecting means 9
By setting an appropriate inclination angle not parallel to 0, unnecessary interface reflection inside the liquid crystal optical element 30 can be removed.

【0058】光を集束させずに、ほぼ一対一の関係で伝
送せしめるような本発明の場合には基板の平坦面精度が
さほど要求されないため、PETフィルムのような薄板
で安価なフィルム状基板を用い、長尺のフィルム形成技
術を用いても問題がない。
In the case of the present invention in which light is transmitted in a one-to-one relationship without being focused, a flat surface precision of the substrate is not required so much. Therefore, a thin and inexpensive film substrate such as PET film is used. There is no problem even if it is used and a long film forming technique is used.

【0059】本実施例では、その液晶固化物複合体層3
0Bでの界面の不要な正規反射光が出射側光ファイバ5
2に入射して消光比の劣化を招かないように、表電極3
0Aと液晶固化物複合体層30Bと裏電極30Cの各界
面と光反射手段の反射面90とが傾斜するように配置さ
れている。
In this embodiment, the liquid crystal solidified substance composite layer 3 is formed.
The unnecessary regular reflection light of the interface at 0B is the output side optical fiber 5
2 so that the extinction ratio is not deteriorated by being incident on the front electrode 3
0A, the liquid crystal solidified composite layer 30B and the back electrode 30C, and the reflecting surface 90 of the light reflecting means are arranged so as to be inclined.

【0060】その傾斜角αは、導光手段51,52の有
効径および入・出力インターフェース55,56の焦点
距離によって定まる液晶固化物複合体層に入射する平行
光の分散角θに対して、θ以上に設定しておけば液晶固
化物複合体層の界面で生じる不要な反射光は導光手段5
2に入射することはない。
The inclination angle α is relative to the dispersion angle θ of parallel light incident on the liquid crystal solidified composite layer, which is determined by the effective diameters of the light guiding means 51 and 52 and the focal lengths of the input / output interfaces 55 and 56. If it is set to θ or more, unnecessary reflected light generated at the interface of the liquid crystal solidified composite layer is guided by the light guiding means 5.
It never hits 2.

【0061】光通信用単線ファイバの場合、コア径が2
00μm以下と細く、N.A.も小さいため傾斜角度α
は0.1°〜10°の範囲が好ましい。一方、光エネル
ギー伝送用ファイバの場合には、バンドルファイバ等と
して用いるので光伝送部のファイバ径は2〜20mm程
度と太いため傾斜角度αは1°〜20°の範囲が好まし
い。
In the case of a single wire fiber for optical communication, the core diameter is 2
N.O. A. Is also small, the inclination angle α
Is preferably in the range of 0.1 ° to 10 °. On the other hand, in the case of a fiber for optical energy transmission, since it is used as a bundle fiber and the like, the fiber diameter of the optical transmission part is as large as about 2 to 20 mm, so the inclination angle α is preferably in the range of 1 ° to 20 °.

【0062】さらに、大きな傾斜角度αとした場合も、
界面反射光は除去されるが、液晶固化物複合体層に斜め
から入射する光が大半となり、透明時のインデックス・
ミスマッチングに伴うヘイズが生じやすく実効的な透過
率が低下する。また、傾斜角度αが大きくなると液晶光
学素子が厚くなり、装置全体の大きさおよび重量が増加
するため、傾斜角度αは上記の範囲にとどめておくこと
が好ましい。
Further, even when a large inclination angle α is set,
Although the interface reflected light is removed, most of the light obliquely enters the liquid crystal solidified composite layer, and the index
Haze easily occurs due to mismatching, and the effective transmittance is reduced. Further, when the tilt angle α becomes large, the liquid crystal optical element becomes thick, and the size and weight of the entire device increase. Therefore, it is preferable to keep the tilt angle α within the above range.

【0063】本実施例では、実施例1と同じ有効径5m
mのバンドルファイバと焦点距離30mmの凸レンズを
用いているため、液晶固化物複合体層に入射する平行光
の分散角θは約10.6°となり、液晶固化物複合体層
を光反射手段の反射面に対して12°傾斜させた。
In this embodiment, the same effective diameter as in Embodiment 1 is 5 m.
Since a bundle fiber of m and a convex lens with a focal length of 30 mm are used, the dispersion angle θ of the parallel light incident on the liquid crystal solidified composite layer is about 10.6 °, and the liquid crystal solidified composite layer is used as a light reflection means. It was tilted by 12 ° with respect to the reflecting surface.

【0064】本実施例では、温度調整をより正確に行
い、広い環境温度に対しても光学特性の再現性を確保す
るため、反射鏡をコールドミラーとし、温度調整器60
として電子制御のペルチェ素子と温度センサが埋め込ま
れた放熱板を用いた。
In this embodiment, in order to perform temperature adjustment more accurately and to ensure reproducibility of optical characteristics even in a wide environment temperature, the reflecting mirror is a cold mirror and the temperature adjuster 60 is used.
An electronically controlled Peltier element and a heat sink with a temperature sensor embedded were used as.

【0065】図3の構成で光学特性を評価したところ、
−20℃から80℃の広い環境温度において、常時消光
比320が得られるとともに、印加電圧対光出力特性も
温度変化に対して安定した結果が得られた。また、アル
ミニウム性のものに比べてコールドミラー性の方が10
%程度反射率が高いため、相対的光透過率は比較例1に
比べ高い値となった。
When the optical characteristics were evaluated with the configuration of FIG.
The extinction ratio 320 was always obtained in a wide environment temperature of −20 ° C. to 80 ° C., and the applied voltage vs. optical output characteristics were stable with respect to temperature changes. Also, the cold mirror property is 10 compared to the aluminum product.
%, The relative light transmittance was higher than that of Comparative Example 1.

【0066】さらに、以上説明した実施例の構成の液晶
光学装置において、液晶光学素子30を反射面側(裏基
板32の裏側)から強制温度制御でき得る構成となって
いる。強制温度制御法としては、放熱板を装着して空冷
ファンで冷却する。あるいはペルチェ素子、電熱ヒータ
と温度センサを装着して、一定の温度に維持されるよう
加熱・冷却による温度制御することもできる。
Further, in the liquid crystal optical device having the configuration of the above-described embodiment, the liquid crystal optical element 30 can be forcedly temperature-controlled from the reflection surface side (back side of the back substrate 32). As a forced temperature control method, a radiator plate is attached and cooled by an air cooling fan. Alternatively, a Peltier element, an electric heater and a temperature sensor may be attached to control the temperature by heating and cooling so that the temperature is maintained at a constant temperature.

【0067】(実施例4)本発明の実施例4を図4を用
いて説明する。本実施例では、光通信用単線光ファイバ
を用い、入射側光ファイバ51および出射側光ファイバ
52、V型の全反射面を備えたプリズム体3、光変調部
として機能する反射型の液晶光学素子30、そして温度
調整器60からなり、さらに液晶光学素子を駆動する駆
動回路および温度調整器60を駆動制御する電子回路な
どからなる。
(Fourth Embodiment) A fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In this embodiment, a single-line optical fiber for optical communication is used, an incident side optical fiber 51 and an emitting side optical fiber 52, a prism body 3 having a V-shaped total reflection surface, and a reflection type liquid crystal optical functioning as a light modulator. The element 30 and the temperature adjuster 60, and further a drive circuit for driving the liquid crystal optical element, an electronic circuit for driving and controlling the temperature adjuster 60, and the like.

【0068】また、液晶光学素子30とプリズム体3
と、ロッドレンズからなる第1のインターフェース55
または第2のインターフェース56などから構成され、
各光学要素は光学接着剤で一体に接着されている。
Further, the liquid crystal optical element 30 and the prism body 3
And a first interface 55 consisting of a rod lens
Or a second interface 56 and the like,
Each optical element is bonded together with an optical adhesive.

【0069】液晶光学素子30の光入射面もしくは出射
面側の透明な表電極30A(ITOなど)が形成される
基板31のガラス面はフロスト処理されている。反射面
としては入射光である特定のLD(レーザダイオード)
やLEDの発光波長を反射する光学干渉多層膜ミラーが
成膜された裏基板32上に透明な電極を形成し、対向基
板を形成した。液晶光学素子の入射側および出射側の光
ファイバとしては、FCコネクター接続型の石英系ファ
イバで、コア直径50μmの多モード伝送用ステップ型
屈折率分布光ファイバを用いた。
The glass surface of the substrate 31 on which the transparent front electrode 30A (ITO or the like) on the light entrance surface or the exit surface side of the liquid crystal optical element 30 is formed is frosted. A specific LD (laser diode) that is incident light as the reflecting surface
A transparent electrode was formed on the back substrate 32 on which the optical interference multilayer mirror that reflects the emission wavelength of the LED or the LED was formed to form the counter substrate. As the optical fibers on the entrance side and the exit side of the liquid crystal optical element, an FC connector connection type silica fiber and a step type gradient index optical fiber for multimode transmission with a core diameter of 50 μm were used.

【0070】入力インターフェースおよび出力インター
フェースとして、それぞれに直径=1. 8mm、ピッチ
=1/4、レンズ長=4. 73mmの波長830nmL
D用グレーテッドインデックス型のロッドレンズ(NS
G:セルフォックレンズ)を用いた。
As an input interface and an output interface, wavelength = 1.8 mm, pitch = 1/4, lens length = 4.73 mm, wavelength 830 nmL.
Graded index type rod lens for D (NS
G: Selfoc lens) was used.

【0071】プリズム体としては光学ガラスのBK7を
用い、入力インターフェース55(ロッドレンズ)から
出射されたほぼ平行な光を一方のプリズム全反射面3a
で反射したのち反射型の液晶光学素子30に約18°の
入射角で入射させ、反射手段(裏電極30Cが兼用され
る)で反射した正規反射光をもう一方のプリズム全反射
面3bで反射したのち出力インターフェースにより導光
している。この光は、さらに出射側の光ファイバ52の
端面に集光され、出射光となる。
BK7 of optical glass is used as the prism body, and substantially parallel light emitted from the input interface 55 (rod lens) is used for one prism total reflection surface 3a.
After being reflected by the prism-type liquid crystal optical element 30, the regular reflection light reflected by the reflection means (also used as the back electrode 30C) is reflected by the other prism total reflection surface 3b. After that, the light is guided by the output interface. This light is further condensed on the end surface of the optical fiber 52 on the emission side and becomes emission light.

【0072】本実施例では、実施例2と同様に、温度調
整器60として電子制御のペルチェ素子と温度センサが
埋め込まれた放熱板を用い、広い環境温度において、常
時安定した光学特性が得られるようにした。このような
構成で作製した本発明の光ファイバおよび透過散乱型表
示素子用いた液晶光学装置を用いて、その光学特性を測
定した結果を表2にまとめた。表2において、相対的光
透過率は比較例を100%としている。
In this embodiment, as in the second embodiment, a heat radiating plate in which an electronically controlled Peltier element and a temperature sensor are embedded is used as the temperature controller 60, and stable optical characteristics can always be obtained in a wide environmental temperature. I did it. Table 2 shows the results of measurement of the optical characteristics of the liquid crystal optical device using the optical fiber of the present invention and the transmission / scattering type display element produced in such a configuration. In Table 2, the relative light transmittance is 100% for the comparative example.

【0073】また、測定は恒温度槽内で行われ、温度は
液晶表示素子の温度ではなく光学装置の周囲温度を意味
し、測定消光比および応答速度を、−20℃から60℃
の温度範囲において液晶光学素子の印加電圧値0Vと1
00Vに対して評価した。
The measurement is carried out in a constant temperature bath, and the temperature means not the temperature of the liquid crystal display element but the ambient temperature of the optical device, and the measured extinction ratio and the response speed are from -20 ° C to 60 ° C.
In the temperature range of 0V and 1 applied to the liquid crystal optical element
It evaluated with respect to 00V.

【0074】比較例として、従来構成である液晶光学素
子の光入射側のITO電極面を平坦面し、温度調整器6
0を搭載しない構成のものに関しても同様の光学特性評
価結果を記載した。
As a comparative example, the ITO electrode surface on the light incident side of the liquid crystal optical element having the conventional structure is flattened and the temperature adjuster 6 is used.
Similar optical characteristic evaluation results are also described for the structure in which 0 is not mounted.

【0075】[0075]

【表2】 [Table 2]

【0076】この結果から、本発明の構成により光損失
はほとんどないまま、消光比の飛躍的向上と安定性が達
成されていることがわかる。したがって、本光学装置を
光通信用の可変光減衰器として用いることにより、印加
電圧値に対応した出射光量の調整が光量損失が少なく任
意にかつ高速に行うことができる。
From these results, it can be seen that the structure of the present invention achieves a dramatic improvement in extinction ratio and stability with almost no optical loss. Therefore, by using the present optical device as a variable optical attenuator for optical communication, the amount of emitted light corresponding to the applied voltage value can be adjusted arbitrarily and at high speed with little light amount loss.

【0077】本実施例では、V型の全反射面を有するプ
リズム体3を用いた構成で記したが、他の構成でもよ
い。例えば、球面或いは非球面などによって光路を折曲
げてもよい。また、プリズム体3の全反射面の形状と光
ファイバのコア径の比率を変えた構成とすることによっ
て、消光比を更に改善することもできる。
In this embodiment, the prism body 3 having a V-shaped total reflection surface is used, but another structure may be used. For example, the optical path may be bent by a spherical surface or an aspherical surface. The extinction ratio can be further improved by changing the shape of the total reflection surface of the prism body 3 and the ratio of the core diameter of the optical fiber.

【0078】(実施例5)実施例5を図5を用いて説明
する。本実施例では、入力用光ファイバ、入力用インタ
ーフェース55(ロッドレンズ)からプリズム体4に出
射されたほぼ平行な光を台形形状のプリズム体4によっ
て反射型の液晶光学素子30に適当な入射角で入射させ
ることにより、裏電極30Cで全反射され、再びプリズ
ム体4の上側全反射面4aで全反射される。そして、適
当な位置にプリズム体4を配置すると、液晶光学素子の
反射面と全反射面とで反射を複数回繰りかえした後、光
が出射側の出力用インターフェース56に出力される。
(Fifth Embodiment) A fifth embodiment will be described with reference to FIG. In this embodiment, substantially parallel light emitted from the input optical fiber and the input interface 55 (rod lens) to the prism body 4 is incident on the reflection type liquid crystal optical element 30 by the trapezoidal prism body 4 at an appropriate incident angle. Then, the light is totally reflected by the back electrode 30C and is again totally reflected by the upper total reflection surface 4a of the prism body 4. When the prism body 4 is arranged at an appropriate position, the light is output to the output interface 56 on the emission side after the reflection is repeated a plurality of times by the reflection surface and the total reflection surface of the liquid crystal optical element.

【0079】このような構成で、光を4回以上液晶固化
物複合体層を通過させることによって、2回だけ通過す
るような従来例での構成に比べてさらに消光比を向上さ
せることができる。図5では液晶固化物複合体層を4回
通過する場合を記しているが、プリズム体4の長さ(上
面4aの左右方向の長さ)および入射角を適当に変える
ことにより、通過回数を2の倍数で任意に変えることが
できる。
With such a structure, the extinction ratio can be further improved by allowing light to pass through the liquid crystal solidified composite layer four times or more as compared with the structure in the conventional example in which light passes only twice. . Although FIG. 5 shows the case where the liquid crystal solidified composite layer passes through four times, the number of passing times can be changed by appropriately changing the length of the prism body 4 (the length in the left-right direction of the upper surface 4a) and the incident angle. It can be arbitrarily changed by a multiple of 2.

【0080】反射型の液晶光学素子30は実施例1と同
じ構成でもよいし、実施例2または実施例3のように液
晶固化物複合体層30Bに接して反射面を形成せず、外
付け反射面による光反射手段を設けてもよい。この場
合、正規反射低減手段として、表電極と裏電極の両面と
もフロスト面とするか、実施例2のように液晶固化物複
合体層に光反射手段の反射面との間隔を設けるか実施例
3のように光反射手段の反射面と液晶固化物複合体層3
0Bとを適当に傾斜させる(図3参照)ことにより、液
晶固化物複合体層30Bと電極面との界面反射を除去す
ればよい。
The reflective liquid crystal optical element 30 may have the same structure as that of the first embodiment, or it may be externally attached without contacting the liquid crystal solidified composite layer 30B to form a reflective surface as in the second or third embodiment. You may provide the light reflection means by a reflective surface. In this case, as the means for reducing regular reflection, both surfaces of the front electrode and the back electrode are frosted surfaces, or is the liquid crystal solidified composite layer provided with a space from the reflection surface of the light reflection means as in Example 2. 3, the reflective surface of the light reflecting means and the liquid crystal solidified substance composite layer 3
0B may be appropriately inclined (see FIG. 3) to remove the interface reflection between the liquid crystal solidified composite layer 30B and the electrode surface.

【0081】凹凸の大きさ(ピッチ)は2〜200μm
程度が好ましく、凹凸の深さ(十点平均深さ)RZ
0.1〜10μm程度が好ましい。また、このように液
晶固化物複合体層に対して光が斜め方向から入射する場
合、透明時の液晶とのインデックスマッチングが光入射
角度において最も最適(すなわちヘイズの少なくなるよ
うな)組み合わせにすることが好ましい。
The size (pitch) of the irregularities is 2 to 200 μm.
The degree of unevenness (10-point average depth) R Z is preferably about 0.1 to 10 μm. In addition, when light is obliquely incident on the liquid crystal-solidified composite layer in this way, the index matching with the liquid crystal at the time of transparent is the most optimal combination (that is, haze is reduced) at the light incident angle. It is preferable.

【0082】以上、実施例について説明を行ったが、次
に各部の大きさなどについて概略説明を行う。光エネル
ギーを伝送する場合には、光源としてハロゲンランプ、
メタルハライドランプ、Xeランプ等が用いられ、いず
れも発光長が2〜10mm程度あるため、集光手段を用
いて効率よく集光し、ファイバに導光するためには3〜
10mm程度のファイバ直径が必要となる。
The embodiment has been described above. Next, the size of each part will be briefly described. When transmitting light energy, a halogen lamp as a light source,
Metal halide lamps, Xe lamps, etc. are used, and each has an emission length of about 2 to 10 mm. Therefore, in order to efficiently collect light by using a light collecting means and guide it to the fiber,
A fiber diameter on the order of 10 mm is required.

【0083】また、光源の大きさは、長さ3〜10cm
(10W〜500Wクラス)から10〜30cm(50
0W〜3kW)程度の幅があり、光源の種別に応じて集
光鏡の大きさも合わせることになる。そして、液晶光学
素子の大きさは用いる集光手段(楕円鏡やレンズなど)
の大きさ、例えばその焦点距離や有効径とファイバの
N.A.等に応じて決まるが、上記光源を用いる場合
は、およそ対角1〜30cm程度と考えられる。
The size of the light source is 3 to 10 cm in length.
(10W-500W class) to 10-30cm (50
There is a width of about 0 W to 3 kW, and the size of the condenser mirror is also adjusted according to the type of the light source. Then, the size of the liquid crystal optical element depends on the condensing means (ellipse mirror, lens, etc.) used.
, The focal length, the effective diameter, and the N.V. of the fiber. A. Etc., but when the above light source is used, it is considered that the diagonal is about 1 to 30 cm.

【0084】通信や光計測等の目的に用いる場合には、
光の入射口径は1mm以下であり、レーザダイオートや
LEDの発散光を集光するためにレンズを用いても、そ
の直径は1cm以下となる。光通信用単線ファイバの光
伝送部コア径は200μm以下程度なので、液晶光学素
子の大きさは、およそ1〜5cm程度となる。
When used for the purpose of communication or optical measurement,
The light entrance diameter is 1 mm or less, and the diameter is 1 cm or less even if a lens is used to collect the divergent light of a laser die or LED. Since the core diameter of the optical transmission portion of the single fiber for optical communication is about 200 μm or less, the size of the liquid crystal optical element is about 1 to 5 cm.

【0085】[0085]

【発明の効果】以上の如く、本発明によれば、電気的に
散乱状態と透過状態を制御しうる液晶光学素子と光反射
手段とにより、光源から出射された光を液晶光学素子の
光変調部分に複数回通過させるため、1回しか透過しな
い場合に比べて実効的散乱能が飛躍的に向上する。
As described above, according to the present invention, the light emitted from the light source is modulated by the liquid crystal optical element capable of electrically controlling the scattering state and the transmitting state and the light reflecting means. Since the light passes through the portion a plurality of times, the effective scattering ability is dramatically improved as compared with the case where the light is transmitted only once.

【0086】また、正規反射光低減手段として、液晶固
化物複合体層と透明電極との界面に凹凸を形成する、ま
たは、液晶光学素子の液晶固化物複合体層と光反射手段
との間隔dを液晶固化物複合体層の厚さtに対して10
倍以上とするあるいは液晶固化物複合体層と反射面とを
平行とせず傾斜を付ける、さらには、空気との素子界面
において液晶固化物複合体層を通過しないで直接光ファ
イバに入射する界面反射面部分に黒塗料を塗ることによ
って、バックグラウンドノイズの主因である界面反射光
を低減している。
As means for reducing the regular reflected light, irregularities are formed at the interface between the liquid crystal solidified composite layer and the transparent electrode, or the distance d between the liquid crystal solidified composite layer of the liquid crystal optical element and the light reflecting means. Is 10 with respect to the thickness t of the liquid crystal solidified composite layer.
Double or more, or the liquid crystal solidified composite layer and the reflecting surface are not parallel but inclined, and further, the interface reflection that directly enters the optical fiber at the device interface with air without passing through the liquid crystal solidified composite layer By applying black paint to the surface part, interface reflection light, which is the main cause of background noise, is reduced.

【0087】その結果、印加電圧に応じた可変調光機能
における消光比およびそのダイナミックレンジの向上が
達成された。また、構成上液晶光学素子の片面に温調器
を設置することができるため、強制的温度制御により、
周囲環境温度に関係なく常に液晶光学素子の最適特性が
発現される温度に保つことができるようになり、安定し
た調光および光シャッタリングが実現した。
As a result, improvement of the extinction ratio and its dynamic range in the variable light function according to the applied voltage was achieved. In addition, since the temperature controller can be installed on one side of the liquid crystal optical element due to the configuration, by forced temperature control,
It has become possible to maintain the temperature at which the optimum characteristics of the liquid crystal optical element are always expressed regardless of the ambient environment temperature, and stable dimming and optical shuttering have been realized.

【0088】具体的な例として、高速シャッター機能を
有する照明用光源として、ストロボ照明がある。すなわ
ち、高速撮影が可能となる。例えば、シャッター速度が
1msの場合、360km/sの速度で移動する物体に
照射すれば、1cmの移動平均画像が記録される。
As a concrete example, there is stroboscopic illumination as a light source for illumination having a high-speed shutter function. That is, high-speed shooting becomes possible. For example, when the shutter speed is 1 ms, a moving average image of 1 cm is recorded by irradiating an object moving at a speed of 360 km / s.

【0089】また、高速移動物体を連続的にシャッタリ
ング照明して撮影すれば、軌跡がステップ状に記録され
る。シャッタータイミングを任意に可変でき、高速追従
性があるというプログラマブルな特質を利用した例とし
て一定周期でオン−オフする計測用光源として用い、そ
の周期の信号光だけを増幅し、検出することによって微
弱な信号光でも、またはノイズ光の多い環境でも、S/
N比の高い計測が可能となる。
If a high-speed moving object is continuously photographed with shuttering illumination, the locus is recorded in steps. As an example of using the programmable characteristic that the shutter timing can be arbitrarily changed and has high-speed followability, it is used as a measurement light source that turns on and off in a certain cycle, and only the signal light of that cycle is amplified and detected to be weak. S / even in high signal light or in environments with a lot of noise light
Measurement with a high N ratio is possible.

【0090】また、本発明においては光が空気中を通過
することなく、全て光学的に屈折率が近くせしめられた
固体媒質だけを通過するので損失が小さくなる。
Further, in the present invention, the light does not pass through the air, but only the solid medium whose refractive index is close to each other optically passes through, so that the loss becomes small.

【0091】その結果、本光学装置を調光機能付き照明
装置、あるいは光シャッタリング機能付き照明装置とし
て光計測に利用することができるようになった。特に、
ロックインアンプ用光チョッパー等のように光検出装置
と同期を取ってシャッタリングを行うことによりS/N
比が改善された。また、光通信分野においても、従来よ
り用いられていた固定減衰率の光減衰器が、印加電圧調
整により減衰可変な光減衰器を得ることができるように
なった。
As a result, the present optical device can be used for optical measurement as a lighting device with a light control function or a lighting device with a light shuttering function. In particular,
By performing shuttering in synchronization with a photodetector such as an optical chopper for lock-in amplifier, S / N
The ratio was improved. Also, in the field of optical communication, an optical attenuator having a fixed attenuation rate, which has been conventionally used, is now able to obtain an optical attenuator with variable attenuation by adjusting an applied voltage.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の実施例1(凹凸面)の液晶光学装置の
断面の模式図。
FIG. 1 is a schematic view of a cross section of a liquid crystal optical device of Example 1 (uneven surface) of the present invention.

【図2】本発明の実施例2(厚み)の液晶光学装置の断
面の模式図。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a liquid crystal optical device according to a second embodiment (thickness) of the present invention.

【図3】本発明の実施例3(傾斜)の液晶光学装置の断
面の模式図。
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of a liquid crystal optical device according to Example 3 (tilt) of the present invention.

【図4】本発明の実施例4(V型プリズム)の液晶光学
装置の断面の模式図。
FIG. 4 is a schematic view of a cross section of a liquid crystal optical device of Example 4 (V-type prism) of the present invention.

【図5】本発明の実施例5(台形プリズム)の液晶光学
装置の断面の模式図。
FIG. 5 is a schematic view of a cross section of a liquid crystal optical device of Example 5 (trapezoidal prism) of the present invention.

【図6】従来例における構成を示す平面図。FIG. 6 is a plan view showing a configuration of a conventional example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

2A:入力側プリズム体 2B:出力側プリズム体 30:液晶光学素子 30A:表電極 30B:液晶固化物複合体層 30C:裏電極 31:表基板 32:裏基板 51:入力側光ファイバ 52:出力側光ファイバ 55:入力側インターフェース 56:出力側インターフェース 60:温度調整器 2A: Input side prism body 2B: Output side prism body 30: Liquid crystal optical element 30A: Front electrode 30B: Liquid crystal solidified compound layer 30C: Back electrode 31: Front substrate 32: Back substrate 51: Input side optical fiber 52: Output Side optical fiber 55: Input side interface 56: Output side interface 60: Temperature controller

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】光源と、第一の導光手段と、第一のプリズ
ム体と、 表電極が形成された表基板と裏電極が形成された裏基板
の間に、液晶が固化物マトリックス中に分散保持された
液晶固化物複合体が挟持され、両電極間に発生する電界
によって液晶が制御され、液晶の屈折率が固化物マトリ
ックスの屈折率に一致しない際に光が散乱し、液晶の屈
折率が固化物マトリックスの屈折率とほぼ一致した際に
光が透過する液晶固化物複合体層を備えた液晶光学素子
と、 光反射手段と、 第二のプリズム体と、 第二の導光手段とが設けられ、 光源から第二の導光手段に至る光路の途中に光反射手段
が配置され、 液晶固化物複合体層は光反射手段の反射面側に近接して
配置されるか、もしくは反射面に密着して配置され、 光源から出射された光は第一の導光手段を通過して第一
のプリズム体を介して液晶光学素子の第一の面の入射部
から液晶光学素子の内部へ入射せしめられ、 第一の面の反射部または光反射手段でそれぞれ1回以上
反射され、最後に第一の面の出射部から出射され、 さらに第二のプリズム体を介して第二の導光手段に入射
せしめられ、 入射部から出射部に至るまでに液晶固化物複合体層を2
n 回(n=1以上の整数)通過せしめられ、このさいに
液晶固化物複合体層の光の透過度によって光量が制御さ
れ、 液晶光学素子内部での光路に交わる界面のうちの少なく
とも一つの界面に凹凸が設けられるか、 または、液晶光学素子の液晶固化物複合体層と光反射手
段との間隔dを液晶固化物複合体層の厚さtに対して1
0倍以上とされるか、 または、液晶光学素子内部での光路に交わる界面のうち
の少なくとも一つの界面が光反射手段の反射面に対して
所定の角度αだけ傾斜せしめられたことを特徴とする液
晶光学装置。
1. A liquid crystal in a solidified matrix between a light source, a first light guide means, a first prism body, and a front substrate on which a front electrode is formed and a back substrate on which a back electrode is formed. The liquid crystal and solidified substance complex held in the state of being sandwiched is sandwiched, and the liquid crystal is controlled by the electric field generated between both electrodes. When the refractive index of the liquid crystal does not match the refractive index of the solidified substance matrix, light is scattered, A liquid crystal optical element having a liquid crystal solidified material composite layer that transmits light when the refractive index substantially matches the refractive index of the solidified material matrix, a light reflecting means, a second prism body, and a second light guide. Means is provided, the light reflection means is arranged in the middle of the optical path from the light source to the second light guide means, and the liquid crystal solidified composite layer is arranged close to the reflection surface side of the light reflection means, Alternatively, the light emitted from the light source is placed close to the reflective surface The light is passed through the light guide means and is made incident on the inside of the liquid crystal optical element from the incident portion of the first surface of the liquid crystal optical element through the first prism body. It is reflected one or more times, and finally is emitted from the emission part of the first surface, and then is incident on the second light guide means via the second prism body, and the liquid crystal is solidified from the incidence part to the emission part. Two object complex layers
After passing n times (an integer of 1 or more), the amount of light is controlled by the light transmittance of the liquid crystal solidified composite layer, and at least one of the interfaces intersecting the optical path inside the liquid crystal optical element is controlled. Roughness is provided at the interface, or the distance d between the liquid crystal solidified composite layer of the liquid crystal optical element and the light reflecting means is set to 1 with respect to the thickness t of the liquid crystal solidified composite layer.
Or at least one of the interfaces intersecting the optical path inside the liquid crystal optical element is inclined by a predetermined angle α with respect to the reflecting surface of the light reflecting means. Liquid crystal optical device.
【請求項2】光源と、第一の導光手段と、 表電極が形成された表基板と裏電極が形成された裏基板
の間に、液晶が固化物マトリックス中に分散保持された
液晶固化物複合体が挟持され、両電極間に発生する電界
によって液晶が制御され、液晶の屈折率が固化物マトリ
ックスの屈折率に一致しない際に光が散乱し、液晶の屈
折率が固化物マトリックスの屈折率とほぼ一致した際に
光が透過する液晶固化物複合体層を備えた液晶光学素子
と、 光反射手段と、 第二の導光手段と反射面を備えたプリズム体とが設けら
れ、 光源から第二の導光手段に至る光路の途中に光反射手段
が配置され、 液晶固化物複合体層は光反射手段の反射面側に近接して
配置されるか、もしくは反射面に密着して配置され、 光源から出射された光は第一の導光手段を通過せしめら
れ、プリズム体の入射面からプリズム体内部へ導光さ
れ、さらに液晶光学素子の第一の面の入射部から液晶光
学素子の内部へ入射せしめられ、 プリズム体の反射面、または光反射手段でそれぞれ1回
以上反射され、最後にプリズム体の出射面から第二の導
光手段に入射せしめられ、 プリズム体の入射面からプリズム体の出射面に至るまで
に液晶固化物複合体層を2n 回(n=1以上の整数)通
過せしめられ、このさいに液晶固化物複合体層の光の透
過度によって光量が制御され、 液晶光学素子内部での光路に交わる界面のうちの少なく
とも一つの界面に凹凸が設けられるか、 または、液晶光学素子の液晶固化物複合体層と光反射手
段との間隔dを液晶固化物複合体層の厚さtに対して1
0倍以上とされるか、 または、液晶光学素子内部での光路に交わる界面のうち
の少なくとも一つの界面が光反射手段の反射面に対して
所定の角度αだけ傾斜せしめられたことを特徴とする液
晶光学装置。
2. Liquid crystal solidification in which liquid crystal is dispersed and held in a solidified matrix between a light source, a first light guide means, a front substrate having front electrodes and a back substrate having back electrodes. The liquid crystal is controlled by the electric field generated between the two electrodes by sandwiching the object complex, and when the refractive index of the liquid crystal does not match the refractive index of the solidified matrix, light is scattered and the refractive index of the liquid crystal becomes A liquid crystal optical element including a liquid crystal solidified composite layer that transmits light when the refractive index substantially matches, a light reflecting means, and a prism body including a second light guiding means and a reflecting surface are provided, The light reflection means is arranged in the middle of the optical path from the light source to the second light guide means, and the liquid crystal solidified composite layer is arranged close to the reflection surface side of the light reflection means or is in close contact with the reflection surface. The light emitted from the light source passes through the first light guide means. The light is guided from the incident surface of the prism body to the inside of the prism body, and further made to enter the inside of the liquid crystal optical element from the incident portion of the first surface of the liquid crystal optical element. Are reflected one or more times respectively, and finally are made to enter the second light guide means from the exit surface of the prism body, and the liquid crystal solidified compound composite layer is formed between the entrance surface of the prism body and the exit surface of the prism body. After passing n times (an integer of 1 or more), the amount of light is controlled by the light transmittance of the liquid crystal solidified composite layer, and at least one of the interfaces intersecting the optical path inside the liquid crystal optical element is controlled. Roughness is provided at the interface, or the distance d between the liquid crystal solidified composite layer of the liquid crystal optical element and the light reflecting means is set to 1 with respect to the thickness t of the liquid crystal solidified composite layer.
Or at least one of the interfaces intersecting the optical path inside the liquid crystal optical element is inclined by a predetermined angle α with respect to the reflecting surface of the light reflecting means. Liquid crystal optical device.
【請求項3】請求項1または2の、界面に凹凸が設けら
れた液晶光学装置において、表電極のなす界面に凹凸が
形成されたことを特徴とする液晶光学装置。
3. The liquid crystal optical device according to claim 1 or 2, wherein the interface is provided with unevenness, wherein the interface formed by the front electrode is provided with unevenness.
【請求項4】請求項1〜3のいずれか1項の、界面に凹
凸が設けられた液晶光学装置において、裏電極のなす界
面に凹凸が形成されたことを特徴とする液晶光学装置。
4. The liquid crystal optical device according to any one of claims 1 to 3, wherein the interface is provided with irregularities, wherein the interface formed by the back electrode is provided with irregularities.
【請求項5】請求項1〜3のいずれか1項の、界面に凹
凸が設けられた液晶光学装置において、光反射手段は液
晶光学素子のほぼ平坦な裏電極と兼用されてなることを
特徴とする液晶光学装置。
5. The liquid crystal optical device according to any one of claims 1 to 3, wherein the interface is provided with irregularities, wherein the light reflecting means is also used as a substantially flat back electrode of the liquid crystal optical element. Liquid crystal optical device.
【請求項6】請求項1〜5のいずれか1項の液晶光学装
置において、裏基板側にさらに温度調整器が設けられた
ことを特徴とする液晶光学装置。
6. The liquid crystal optical device according to claim 1, further comprising a temperature adjuster provided on the back substrate side.
【請求項7】請求項1〜6のいずれか1項の液晶光学装
置を備えた照明装置。
7. An illuminating device comprising the liquid crystal optical device according to claim 1.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1152339A (en) * 1997-07-30 1999-02-26 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Variable light attenuator and its production
WO2004086389A1 (en) * 2003-03-27 2004-10-07 Tokyo University Of Agriculture And Technology Tlo Co.,Ltd. Wavefront aberration correcting device and optical pickup equipped with the same

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1152339A (en) * 1997-07-30 1999-02-26 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Variable light attenuator and its production
WO2004086389A1 (en) * 2003-03-27 2004-10-07 Tokyo University Of Agriculture And Technology Tlo Co.,Ltd. Wavefront aberration correcting device and optical pickup equipped with the same
US7236444B2 (en) 2003-03-27 2007-06-26 Tokyo University Of Agriculture And Technology Tlo Co., Ltd. Wavefront aberration correcting device and optical pickup equipped with the same

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