JPH10228042A - 光学装置 - Google Patents
光学装置Info
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- JPH10228042A JPH10228042A JP3176797A JP3176797A JPH10228042A JP H10228042 A JPH10228042 A JP H10228042A JP 3176797 A JP3176797 A JP 3176797A JP 3176797 A JP3176797 A JP 3176797A JP H10228042 A JPH10228042 A JP H10228042A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 本発明は空間光変調素子に回折格子であるホ
ログラムを表示し、立体映像や光情報処理を実現する光
学技術において、ホログラムに固有の０次回折光を簡単
に取り除く事が可能で、かつ空間光変調素子の駆動が容
易になる付加的な効果も持つ光学装置を提供する事を目
的とする。 【解決手段】 直線偏光したコヒーレント光と該コヒー
レント光により照明された電気的に制御される旋光光学
素子からなる空間光変調器と、該空間光変調器による回
折光を検波する直線偏光検波素子とから構成される光学
装置において、該旋光光学素子は動作しきい電圧近傍も
しくは動作飽和電圧近傍で動作させる事を特徴とする。
ログラムを表示し、立体映像や光情報処理を実現する光
学技術において、ホログラムに固有の０次回折光を簡単
に取り除く事が可能で、かつ空間光変調素子の駆動が容
易になる付加的な効果も持つ光学装置を提供する事を目
的とする。 【解決手段】 直線偏光したコヒーレント光と該コヒー
レント光により照明された電気的に制御される旋光光学
素子からなる空間光変調器と、該空間光変調器による回
折光を検波する直線偏光検波素子とから構成される光学
装置において、該旋光光学素子は動作しきい電圧近傍も
しくは動作飽和電圧近傍で動作させる事を特徴とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は光学情報処理装置、
特に液晶空間光変調器を回折光学変調素子に用いて光学
的な情報処理を行う光学情報処理技術に関するものであ
る。
特に液晶空間光変調器を回折光学変調素子に用いて光学
的な情報処理を行う光学情報処理技術に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】空間光変調器にホログラムなどの回折格
子を表示し光波を変調する事で光演算を行う光学情報処
理装置において、空間光変調器に表示された回折格子で
変調されない０次回折光成分の削減のために、空間光変
調器の後にレンズとフィルタマスクから構成される空間
周波数フィルタリング光学系を用いたり、あるいは電子
カメラ等で回折光を撮像する装置の場合は電気的に０次
回折光信号を取り除くなどの手法が用いられていた。
子を表示し光波を変調する事で光演算を行う光学情報処
理装置において、空間光変調器に表示された回折格子で
変調されない０次回折光成分の削減のために、空間光変
調器の後にレンズとフィルタマスクから構成される空間
周波数フィルタリング光学系を用いたり、あるいは電子
カメラ等で回折光を撮像する装置の場合は電気的に０次
回折光信号を取り除くなどの手法が用いられていた。
【０００３】図４は従来技術による空間周波数フィルタ
リングの手法を用いて０次回折光を除去する装置の基本
構成を示した図である。空間光変調器４０３が平行レー
ザ光４０１により照明される。空間光変調器４０３によ
り回折された０次回折光４０５はレンズ４０９の焦点面
４１１でかつ光軸Ｚ上に集光される。信号光である１次
回折光４０９はその回折角をθ、レンズの焦点距離をｆ
とすると焦点面４１１でかつ光軸Ｚからおよそｆ×θだ
け離れたところに集光される。ここで０次回折光は焦点
面４１１に設置されたフィルタマスク４１３により除去
される。
リングの手法を用いて０次回折光を除去する装置の基本
構成を示した図である。空間光変調器４０３が平行レー
ザ光４０１により照明される。空間光変調器４０３によ
り回折された０次回折光４０５はレンズ４０９の焦点面
４１１でかつ光軸Ｚ上に集光される。信号光である１次
回折光４０９はその回折角をθ、レンズの焦点距離をｆ
とすると焦点面４１１でかつ光軸Ｚからおよそｆ×θだ
け離れたところに集光される。ここで０次回折光は焦点
面４１１に設置されたフィルタマスク４１３により除去
される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら空間周波
数フィルタリング光学系を用いると光学系全長が不要に
長くなってしまったり、０次回折光の広がりが大きいと
フィルタリングしきれなかったり、フィルタマスクの位
置合わせが難しいといった問題があった。また電気的に
０次回折光を取り除くのは電気回路と処理時間を必要と
し、また０次回折光強度が強いと電子カメラが飽和して
しまう問題があった。
数フィルタリング光学系を用いると光学系全長が不要に
長くなってしまったり、０次回折光の広がりが大きいと
フィルタリングしきれなかったり、フィルタマスクの位
置合わせが難しいといった問題があった。また電気的に
０次回折光を取り除くのは電気回路と処理時間を必要と
し、また０次回折光強度が強いと電子カメラが飽和して
しまう問題があった。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記問題を解決するため
に直線偏光と、しきい電圧もしくは飽和電圧の近傍で駆
動される旋光光学素子と旋光光学素子により回折された
０次回折光の偏光長軸とほぼ直交関係を持たせて設置さ
れる直線偏光検波素子とを用いた。
に直線偏光と、しきい電圧もしくは飽和電圧の近傍で駆
動される旋光光学素子と旋光光学素子により回折された
０次回折光の偏光長軸とほぼ直交関係を持たせて設置さ
れる直線偏光検波素子とを用いた。
【０００６】
【発明の実施の形態】本発明の実施形態を開示する前に
本発明の理解の手助けとなる解説を行う。直線偏光の偏
光軸を回転させる旋光性の機能を持ち、電気的に旋光性
を制御可能な代表的な旋光光学素子である９０度ツイス
トネマティック型液晶素子による光変調の一方式を図１
(ａ)及び図１(ｂ)に示す。
本発明の理解の手助けとなる解説を行う。直線偏光の偏
光軸を回転させる旋光性の機能を持ち、電気的に旋光性
を制御可能な代表的な旋光光学素子である９０度ツイス
トネマティック型液晶素子による光変調の一方式を図１
(ａ)及び図１(ｂ)に示す。
【０００７】図１（ａ）においてＹ軸方向に直線偏光さ
れた入射直線偏光１０１が液晶素子１０３に入射する。
液晶素子１０３中の液晶分子１０５は光軸であるＺ軸方
向に沿って左回りに滑らかに９０度回転している。この
とき、Ｘ軸方向にほぼ直線偏光した出射直線偏光１０７
が得られる。出射直線偏光１０７が完全に直線偏光を保
存するためには、図１（ａ）に示されるように光が入射
する側の液晶分子１０５の配向軸方向１０９すなわち液
晶分子１０５の長軸が配向する方向がＹ軸方向で、かつ
（１）式の条件を満たす必要があることが知られてい
る。 ｛２（ｎ1 −ｎ2 ）ｄ／λ｝2 ＝３、１５、３５・・・（１） ここでｎ1 は液晶分子長軸の屈折率、ｎ2 は液晶分子短
軸の屈折率、ｄは液晶層の厚み、λは入射光の波長であ
る。このとき、入射直線偏光１０１はｎ1 ×ｄの光路長
を進む。また厳密に（１）式を満たさなくとも入射直線
偏光軸を配向軸方向から多少ずらすか、位相板を用いて
入射直線偏光を楕円偏光に変換する事でほぼ完全な出射
直線偏光が得られる事も知られている。また入射直線偏
光１０１の偏光軸が光が入射する側の液晶分子１０５の
短軸方向と一致する場合も（１）式を満たせばほぼ完全
な出射直線偏光が得られる。
れた入射直線偏光１０１が液晶素子１０３に入射する。
液晶素子１０３中の液晶分子１０５は光軸であるＺ軸方
向に沿って左回りに滑らかに９０度回転している。この
とき、Ｘ軸方向にほぼ直線偏光した出射直線偏光１０７
が得られる。出射直線偏光１０７が完全に直線偏光を保
存するためには、図１（ａ）に示されるように光が入射
する側の液晶分子１０５の配向軸方向１０９すなわち液
晶分子１０５の長軸が配向する方向がＹ軸方向で、かつ
（１）式の条件を満たす必要があることが知られてい
る。 ｛２（ｎ1 −ｎ2 ）ｄ／λ｝2 ＝３、１５、３５・・・（１） ここでｎ1 は液晶分子長軸の屈折率、ｎ2 は液晶分子短
軸の屈折率、ｄは液晶層の厚み、λは入射光の波長であ
る。このとき、入射直線偏光１０１はｎ1 ×ｄの光路長
を進む。また厳密に（１）式を満たさなくとも入射直線
偏光軸を配向軸方向から多少ずらすか、位相板を用いて
入射直線偏光を楕円偏光に変換する事でほぼ完全な出射
直線偏光が得られる事も知られている。また入射直線偏
光１０１の偏光軸が光が入射する側の液晶分子１０５の
短軸方向と一致する場合も（１）式を満たせばほぼ完全
な出射直線偏光が得られる。
【０００８】ここで液晶素子１０３にＺ軸方向に電圧を
加えた場合を考える。液晶分子１０５は電界に敏感なた
め、しきい電圧を越えると液晶分子長軸は電界の方向を
向き始め、飽和電圧Ｖに達すると図１（ｂ）に示すよう
にほぼ完全にＺ軸方向に配向する。このとき出射直線偏
光１０７の偏光軸方向は入射直線偏光１０１の偏光軸方
向と変わらない。またこのとき、入射直線偏光１０１は
ｎ2 ×ｄの光路長を進む。ここで図１（ａ）及び図１
（ｂ）において出射直線偏光１０７の相対光路長差δ、
及び相対位相差φ（ラジアン）は（２）及び（３）式で
表される。 δ＝（ｎ1 −ｎ2 ）ｄ （２） φ＝２πδ／λ （３） また加える電圧を加減することで相対位相差は０からφ
まで連続に変化する。出射直線偏光１０７の偏光軸に関
しては、しきい電圧を越えると徐々に細長い楕円偏光に
なりながらＸ軸方向からＹ軸方向に向けて回転し、中間
電圧を越えると再び直線偏光に戻りながらＹ軸方向に向
け回転してゆく。よって例えば直線偏光検波素子をその
直線偏光検波軸がＹ軸方向と一致して液晶素子１０３の
後に設置すると直線偏光検波素子を透過する光量は図２
のように表され、これは一般に液晶のＴ−Ｖカーブ（印
加電圧対光透過率特性）といわれる。図２においては横
軸は液晶素子１０３に加える電圧値、縦軸は直線偏光検
波素子を透過する相対透過光量を表す。飽和電圧と、し
きい値電圧の差が一般に最適駆動電圧幅となる。
加えた場合を考える。液晶分子１０５は電界に敏感なた
め、しきい電圧を越えると液晶分子長軸は電界の方向を
向き始め、飽和電圧Ｖに達すると図１（ｂ）に示すよう
にほぼ完全にＺ軸方向に配向する。このとき出射直線偏
光１０７の偏光軸方向は入射直線偏光１０１の偏光軸方
向と変わらない。またこのとき、入射直線偏光１０１は
ｎ2 ×ｄの光路長を進む。ここで図１（ａ）及び図１
（ｂ）において出射直線偏光１０７の相対光路長差δ、
及び相対位相差φ（ラジアン）は（２）及び（３）式で
表される。 δ＝（ｎ1 −ｎ2 ）ｄ （２） φ＝２πδ／λ （３） また加える電圧を加減することで相対位相差は０からφ
まで連続に変化する。出射直線偏光１０７の偏光軸に関
しては、しきい電圧を越えると徐々に細長い楕円偏光に
なりながらＸ軸方向からＹ軸方向に向けて回転し、中間
電圧を越えると再び直線偏光に戻りながらＹ軸方向に向
け回転してゆく。よって例えば直線偏光検波素子をその
直線偏光検波軸がＹ軸方向と一致して液晶素子１０３の
後に設置すると直線偏光検波素子を透過する光量は図２
のように表され、これは一般に液晶のＴ−Ｖカーブ（印
加電圧対光透過率特性）といわれる。図２においては横
軸は液晶素子１０３に加える電圧値、縦軸は直線偏光検
波素子を透過する相対透過光量を表す。飽和電圧と、し
きい値電圧の差が一般に最適駆動電圧幅となる。
【０００９】次に図３に示すように矩形型位相回折格子
３０１にコヒーレント光３０３を入射すると、回折によ
り出射光の進行方向が変わる。０次回折光３０５は入射
光が進行方向を変えずに出射する光で、１次回折光３０
７は回折により進行方向を変えて出射する光で、その回
折角θは矩形型位相回折格子３０３の格子ピッチをＰ、
コヒーレント光３０３の波長をλとするとｓｉｎ（θ）
＝λ／Ｐで表される。また２次光や３次光などの高次回
折光や、マイナス次数の回折光も生じる場合があるがこ
こでは簡単のため無視する。このとき０次回折光３０５
と１次回折光３０７の光波の状態は複素振幅表示を用い
てそれぞれ（４）（５）式で表される。 ｅｘｐ（ｉφ）＋ｅｘｐ（ｉ０） （４） ｅｘｐ（ｉφ）＋ｅｘｐ（ｉπ） （５） ここでφは矩形型位相格子３０１のコヒーレント光３０
３に対する位相変調度、ｉは複素共役である。（４）式
から０次回折光は位相がφ変調された光波とまったく変
調されない光波が足し合わさった光波であり、（５）式
から１次回折光は位相がφ変調された光波とπ変調され
た光波が足し合わさった光波であることがわかる。
３０１にコヒーレント光３０３を入射すると、回折によ
り出射光の進行方向が変わる。０次回折光３０５は入射
光が進行方向を変えずに出射する光で、１次回折光３０
７は回折により進行方向を変えて出射する光で、その回
折角θは矩形型位相回折格子３０３の格子ピッチをＰ、
コヒーレント光３０３の波長をλとするとｓｉｎ（θ）
＝λ／Ｐで表される。また２次光や３次光などの高次回
折光や、マイナス次数の回折光も生じる場合があるがこ
こでは簡単のため無視する。このとき０次回折光３０５
と１次回折光３０７の光波の状態は複素振幅表示を用い
てそれぞれ（４）（５）式で表される。 ｅｘｐ（ｉφ）＋ｅｘｐ（ｉ０） （４） ｅｘｐ（ｉφ）＋ｅｘｐ（ｉπ） （５） ここでφは矩形型位相格子３０１のコヒーレント光３０
３に対する位相変調度、ｉは複素共役である。（４）式
から０次回折光は位相がφ変調された光波とまったく変
調されない光波が足し合わさった光波であり、（５）式
から１次回折光は位相がφ変調された光波とπ変調され
た光波が足し合わさった光波であることがわかる。
【００１０】図５は本発明における直線偏光検波素子５
０５を用いて０次光を除去する光学装置の実施形態を示
したものである。Ｙ軸方向に直線偏光した平行レーザ光
５０１が光軸Ｚ方向に進み空間光変調器５０３により変
調される。空間光変調器５０３はマトリクス画素配置型
の９０度ツイストネマティック型液晶素子で構成され、
入射光側の面の液晶分子長軸はほぼＹ軸方向とする。こ
の時、液晶素子を駆動する電圧は動作しきい電圧の近傍
に限定する。直線偏光検波素子５０５の検波軸５０７
は、ほぼＸ軸方向に設置される。
０５を用いて０次光を除去する光学装置の実施形態を示
したものである。Ｙ軸方向に直線偏光した平行レーザ光
５０１が光軸Ｚ方向に進み空間光変調器５０３により変
調される。空間光変調器５０３はマトリクス画素配置型
の９０度ツイストネマティック型液晶素子で構成され、
入射光側の面の液晶分子長軸はほぼＹ軸方向とする。こ
の時、液晶素子を駆動する電圧は動作しきい電圧の近傍
に限定する。直線偏光検波素子５０５の検波軸５０７
は、ほぼＸ軸方向に設置される。
【００１１】空間光変調器５０３に回折格子のパターン
を表示し、平行レーザ光５０１を回折させたときの０次
回折光５０９と１次回折光５１１の偏光状態を考える。
表示パターンに応じてしきい値以下の電圧が加わった液
晶画素を透過した直線偏光Ｅ１の偏光軸方向は、図１に
示した液晶素子の動作原理よりＸ軸方向である。同様に
表示パターンに応じてしきい値以上の電圧が加わった液
晶画素を透過した直線偏光Ｅ２の偏光軸方向はＸ軸方向
からＹ軸方向に向けてθだけ回転するが、液晶素子をし
きい値電圧近傍で駆動するためθの値は１０度程度以下
となる。このとき図１に示した液晶素子の動作原理より
２つの直線偏光には位相差φが発生するが、これも非常
に小さい値となる。
を表示し、平行レーザ光５０１を回折させたときの０次
回折光５０９と１次回折光５１１の偏光状態を考える。
表示パターンに応じてしきい値以下の電圧が加わった液
晶画素を透過した直線偏光Ｅ１の偏光軸方向は、図１に
示した液晶素子の動作原理よりＸ軸方向である。同様に
表示パターンに応じてしきい値以上の電圧が加わった液
晶画素を透過した直線偏光Ｅ２の偏光軸方向はＸ軸方向
からＹ軸方向に向けてθだけ回転するが、液晶素子をし
きい値電圧近傍で駆動するためθの値は１０度程度以下
となる。このとき図１に示した液晶素子の動作原理より
２つの直線偏光には位相差φが発生するが、これも非常
に小さい値となる。
【００１２】前項の説明にのっとり図６（ａ）（ｂ）に
それぞれ０次回折光と１次回折光の偏光状態をベクトル
表示した。Ｅ2 に関しては各液晶画素に加わった電圧が
異なった場合、多数の回転角θ及び位相変調φが存在し
それらの和は必ずしも直線偏光とはならない。しかし先
にも述べたようにθ、φとも小さな値なので実際上は直
線偏光となる。また液晶素子を２値化駆動すれば、θ、
φとも一つに定まるため厳密に直線偏光となる。このと
き空間光変調器５０３に表示される回折格子は２値型と
なり回折効率が高くなる利点が生じる。０次回折光と１
次回折光でＥ１の方向が逆になっているが、（４）
（５）式に示されるように位相変調φを受けない成分に
関し１次光は０次光と比べ位相がπシフトしているから
である。
それぞれ０次回折光と１次回折光の偏光状態をベクトル
表示した。Ｅ2 に関しては各液晶画素に加わった電圧が
異なった場合、多数の回転角θ及び位相変調φが存在し
それらの和は必ずしも直線偏光とはならない。しかし先
にも述べたようにθ、φとも小さな値なので実際上は直
線偏光となる。また液晶素子を２値化駆動すれば、θ、
φとも一つに定まるため厳密に直線偏光となる。このと
き空間光変調器５０３に表示される回折格子は２値型と
なり回折効率が高くなる利点が生じる。０次回折光と１
次回折光でＥ１の方向が逆になっているが、（４）
（５）式に示されるように位相変調φを受けない成分に
関し１次光は０次光と比べ位相がπシフトしているから
である。
【００１３】図６（ａ）より０次回折光はおよそＸ軸方
向の直線偏光になる事がわかる。したがって直線偏光検
波素子５０５をその検波方向がおよそＹ軸方向にして設
置すれば０次回折光を除去可能である。しかし液晶の駆
動電圧が高くなるにつれθ、φとも大きくなり、直線偏
光の方位がＹ軸方向に向うためそれにつれて検波方向も
変える必要がある。更に駆動電圧が高くなると０次回折
光は楕円偏光となり直線偏光検波素子５０５で完全に除
去する事は不可能となる。φが大きくなると回折効率が
増し１次光の割合が増えるため、０次光がほぼ直線偏光
を保つ限り駆動電圧は高くした方がよい。実験ではしき
い電圧に最適駆動電圧幅の１０％程度を加えた駆動電圧
値まで０次光はほぼ直線偏光を保ち、その方位はＸ軸か
ら測って１０度程度であった。よって検波方向はＸ軸か
らＹ軸方向に向かって測り１００度に設置し０次光を除
去した。
向の直線偏光になる事がわかる。したがって直線偏光検
波素子５０５をその検波方向がおよそＹ軸方向にして設
置すれば０次回折光を除去可能である。しかし液晶の駆
動電圧が高くなるにつれθ、φとも大きくなり、直線偏
光の方位がＹ軸方向に向うためそれにつれて検波方向も
変える必要がある。更に駆動電圧が高くなると０次回折
光は楕円偏光となり直線偏光検波素子５０５で完全に除
去する事は不可能となる。φが大きくなると回折効率が
増し１次光の割合が増えるため、０次光がほぼ直線偏光
を保つ限り駆動電圧は高くした方がよい。実験ではしき
い電圧に最適駆動電圧幅の１０％程度を加えた駆動電圧
値まで０次光はほぼ直線偏光を保ち、その方位はＸ軸か
ら測って１０度程度であった。よって検波方向はＸ軸か
らＹ軸方向に向かって測り１００度に設置し０次光を除
去した。
【００１４】図６（ｂ）より１次回折光はおよそＹ軸方
向の直線偏光となる。従ってほぼＹ軸方向に設置された
直線偏光検波素子５０５を通過できる。また液晶の駆動
電圧を高くすると１次回折光は急速に楕円偏光になる。
実験では前項と同じ条件、すなわち駆動しきい電圧に最
適駆動電圧幅の２０％程度を加えた駆動電圧において長
軸方向がＸ軸方向から測りおよそ６０度の１：３の楕円
偏光となった。よって検波方向がＸ軸方向から測り１０
０度に設置された直線偏光検波素子５０５により１次回
折光も減衰される。しかしこのとき０次回折光と１次回
折光の強度比は１：１００程度であり０次回折光除去の
効果が十分に示された。
向の直線偏光となる。従ってほぼＹ軸方向に設置された
直線偏光検波素子５０５を通過できる。また液晶の駆動
電圧を高くすると１次回折光は急速に楕円偏光になる。
実験では前項と同じ条件、すなわち駆動しきい電圧に最
適駆動電圧幅の２０％程度を加えた駆動電圧において長
軸方向がＸ軸方向から測りおよそ６０度の１：３の楕円
偏光となった。よって検波方向がＸ軸方向から測り１０
０度に設置された直線偏光検波素子５０５により１次回
折光も減衰される。しかしこのとき０次回折光と１次回
折光の強度比は１：１００程度であり０次回折光除去の
効果が十分に示された。
【００１５】次に液晶素子をほぼ飽和電圧近傍で駆動し
た場合を考える。このとき飽和電圧が加わった液晶画素
を透過した直線偏光Ｅ1 の偏光軸方向はＹ軸方向に、ま
た飽和電圧よりわずかに低い電圧が加わった液晶画素を
透過した直線偏光Ｅ2 の偏光軸方向は、Ｙ軸方向からＸ
軸方向に向かいθだけ回転するがθの値は小さい。この
とき０次回折光と１次回折光の偏光状態はそれぞれ図７
（ａ）（ｂ）のよう表される。従って直線偏光検波素子
５０５をその検波方向をほぼＸ軸方向にして設置すれば
０次光をほぼ完全に除去できる。
た場合を考える。このとき飽和電圧が加わった液晶画素
を透過した直線偏光Ｅ1 の偏光軸方向はＹ軸方向に、ま
た飽和電圧よりわずかに低い電圧が加わった液晶画素を
透過した直線偏光Ｅ2 の偏光軸方向は、Ｙ軸方向からＸ
軸方向に向かいθだけ回転するがθの値は小さい。この
とき０次回折光と１次回折光の偏光状態はそれぞれ図７
（ａ）（ｂ）のよう表される。従って直線偏光検波素子
５０５をその検波方向をほぼＸ軸方向にして設置すれば
０次光をほぼ完全に除去できる。
【００１６】液晶素子としてはマトリクス画素配置型を
用いたが、光書き込み型を用いても同じ効果を得る事が
できる。すなわち光書き込み型液晶素子も電界により液
晶分子を動作させるからであり、光書き込み時に感度ぎ
りぎりの微弱光、もしくは飽和をおこす程度の強い光で
回折格子のパターンを書き込めばよい。このとき０次回
折光と１次回折光の偏光状態はそれぞれ図６、図７と同
じ様に表される。
用いたが、光書き込み型を用いても同じ効果を得る事が
できる。すなわち光書き込み型液晶素子も電界により液
晶分子を動作させるからであり、光書き込み時に感度ぎ
りぎりの微弱光、もしくは飽和をおこす程度の強い光で
回折格子のパターンを書き込めばよい。このとき０次回
折光と１次回折光の偏光状態はそれぞれ図６、図７と同
じ様に表される。
【００１７】液晶素子の旋光角として簡単のため９０度
で考えたが、一般論として旋光角がθ度の液晶素子で考
えても同じ事が言える。この時０次回折光の偏光方向は
液晶素子をしきい電圧近傍で駆動した場合、θ方向から
少しだけＹ軸方向に傾いた方向となる。また飽和電圧近
傍で駆動した場合は０次回折光の偏光方向はθの値に関
係なくほぼＹ軸方向となる。
で考えたが、一般論として旋光角がθ度の液晶素子で考
えても同じ事が言える。この時０次回折光の偏光方向は
液晶素子をしきい電圧近傍で駆動した場合、θ方向から
少しだけＹ軸方向に傾いた方向となる。また飽和電圧近
傍で駆動した場合は０次回折光の偏光方向はθの値に関
係なくほぼＹ軸方向となる。
【００１８】
【実施例】図８に本発明における実施例をあげる。これ
はジョイントフーリエ変換相関光学装置に応用した例で
ある。参照画像と入力画像が表示された空間光変調素子
８０３が平行レーザ光８０１で照明され、フーリエ変換
レンズ８０５により参照画像と入力画像のジョイントフ
ーリエ変換ホログラムが形成される。ジョイントフーリ
エ変換ホログラムは電子カメラ８０７により撮像され、
映像信号８０９により空間光変調素子８１１に表示され
る。空間光変調素子８１１はマトリクス画素配置型の９
０度ツイストネマティック型液晶素子で構成される。
はジョイントフーリエ変換相関光学装置に応用した例で
ある。参照画像と入力画像が表示された空間光変調素子
８０３が平行レーザ光８０１で照明され、フーリエ変換
レンズ８０５により参照画像と入力画像のジョイントフ
ーリエ変換ホログラムが形成される。ジョイントフーリ
エ変換ホログラムは電子カメラ８０７により撮像され、
映像信号８０９により空間光変調素子８１１に表示され
る。空間光変調素子８１１はマトリクス画素配置型の９
０度ツイストネマティック型液晶素子で構成される。
【００１９】空間光変調素子８１１は直線偏光平行レー
ザ光８１３で照明され、フーリエ変換レンズ８１５によ
りジョイントフーリエ変換相関信号が形成され、電子カ
メラ８１７により読み取られる。このとき、直線偏光平
行レーザ光８１３の偏光軸と液晶素子の光入射側の液晶
分子の配向軸はほぼ一致し、直線偏光検波素子８１９の
検波軸は直線偏光平行レーザ光８１３の偏光軸の方向か
ら液晶分子がＺ軸方向に向かって回転する方向と反対方
向に数度程度傾けて設置される。また液晶素子は動作し
きい電圧の近傍で駆動される。よってジョイントフーリ
エ変換相関信号から余分な０次回折光８２１を除去で
き、信号光である１次回折光８２３は検出できる。図１
０に電子カメラ８１５により読み取られたジョイントフ
ーリエ変換相関信号の波形を示す。
ザ光８１３で照明され、フーリエ変換レンズ８１５によ
りジョイントフーリエ変換相関信号が形成され、電子カ
メラ８１７により読み取られる。このとき、直線偏光平
行レーザ光８１３の偏光軸と液晶素子の光入射側の液晶
分子の配向軸はほぼ一致し、直線偏光検波素子８１９の
検波軸は直線偏光平行レーザ光８１３の偏光軸の方向か
ら液晶分子がＺ軸方向に向かって回転する方向と反対方
向に数度程度傾けて設置される。また液晶素子は動作し
きい電圧の近傍で駆動される。よってジョイントフーリ
エ変換相関信号から余分な０次回折光８２１を除去で
き、信号光である１次回折光８２３は検出できる。図１
０に電子カメラ８１５により読み取られたジョイントフ
ーリエ変換相関信号の波形を示す。
【００２０】図９は本発明における別の実施例で、著者
らの発明による実時間ホログラフィ装置（特開平５−７
２９５８）に応用した例である。空間光変調素子９０３
が直線偏光平行レーザ光９０１で照明される。空間光変
調素子９０３はマトリクス画素配置型の９０度ツイスト
ネマティック型液晶素子で構成される。空間光変調素子
９０３には画像信号によりホログラムが表示される。
らの発明による実時間ホログラフィ装置（特開平５−７
２９５８）に応用した例である。空間光変調素子９０３
が直線偏光平行レーザ光９０１で照明される。空間光変
調素子９０３はマトリクス画素配置型の９０度ツイスト
ネマティック型液晶素子で構成される。空間光変調素子
９０３には画像信号によりホログラムが表示される。
【００２１】このとき、直線偏光平行レーザ光９０１の
偏光軸と液晶素子の光入射側の液晶分子の配向軸は、ほ
ぼ一致し、直線偏光検波素子９０５の検波軸は直線偏光
平行レーザ光９０１の偏光軸の方向から液晶分子がＺ軸
方向に向かって回転する方向と反対方向に数度程度傾け
て設置される。また液晶素子は動作しきい電圧の近傍で
駆動される。よって空間光変調素子で回折した光から余
分な０次回折光を除去できる。
偏光軸と液晶素子の光入射側の液晶分子の配向軸は、ほ
ぼ一致し、直線偏光検波素子９０５の検波軸は直線偏光
平行レーザ光９０１の偏光軸の方向から液晶分子がＺ軸
方向に向かって回転する方向と反対方向に数度程度傾け
て設置される。また液晶素子は動作しきい電圧の近傍で
駆動される。よって空間光変調素子で回折した光から余
分な０次回折光を除去できる。
【００２２】
【発明の効果】今までの説明から明らかなように本発明
における光学装置を用いれば、旋光光学素子を用いた空
間光変調素子による回折光から直線偏光検波素子を用い
るだけで簡単に０次回折光を除去可能である。また旋光
光学素子として液晶テレビに代表されるマトリクス画素
配置型の液晶素子を用いた場合、動作しきい電圧近傍で
駆動すればよいため画素間クロストークを低く押さえら
れる。その結果、駆動する画素数を大幅に増やす事も可
能である。また光書き込み型液晶を用いた場合も通常の
動作より微弱光で動作させればよい。一般に光書き込み
型液晶は光感度不足が問題になるためこの点においても
有利である。
における光学装置を用いれば、旋光光学素子を用いた空
間光変調素子による回折光から直線偏光検波素子を用い
るだけで簡単に０次回折光を除去可能である。また旋光
光学素子として液晶テレビに代表されるマトリクス画素
配置型の液晶素子を用いた場合、動作しきい電圧近傍で
駆動すればよいため画素間クロストークを低く押さえら
れる。その結果、駆動する画素数を大幅に増やす事も可
能である。また光書き込み型液晶を用いた場合も通常の
動作より微弱光で動作させればよい。一般に光書き込み
型液晶は光感度不足が問題になるためこの点においても
有利である。
【００２３】旋光光学素子としては液晶素子以外に、カ
ー効果やポッケルス効果を示すセラミクスや固体結晶を
使用してもよいが、液晶素子と比べ電界に対する感度が
数百から数千倍も低く動作に高電圧が必要とされる。Ｃ
ＭＯＳで直接駆動できるほど感度が高く、旋光能力も大
きい液晶素子が現状では最も有利であが、今後は有機非
線形光学素子が有望であると考えられる。
ー効果やポッケルス効果を示すセラミクスや固体結晶を
使用してもよいが、液晶素子と比べ電界に対する感度が
数百から数千倍も低く動作に高電圧が必要とされる。Ｃ
ＭＯＳで直接駆動できるほど感度が高く、旋光能力も大
きい液晶素子が現状では最も有利であが、今後は有機非
線形光学素子が有望であると考えられる。
【図１】液晶素子の光変調原理を表す図である。
【図２】一対の偏光板で挟まれた液晶素子の印加電圧対
光透過率を表す図である。
光透過率を表す図である。
【図３】矩形型位相回折格子による光の回折を表した図
である。
である。
【図４】従来技術による０次回折光消去の機能を持つ光
学装置の図である。
学装置の図である。
【図５】本発明の実施形態における光学装置を示した図
である。
である。
【図６】図５に示された実施形態において０次回折光と
１次回折光の偏光状態をベクトル表示した図である。
１次回折光の偏光状態をベクトル表示した図である。
【図７】図５に示された実施形態において０次回折光と
１次回折光の偏光状態をベクトル表示した別の図であ
る。
１次回折光の偏光状態をベクトル表示した別の図であ
る。
【図８】本発明による光学装置をジョイントフーリエ変
換相関光学装置に適用した図である。
換相関光学装置に適用した図である。
【図９】本発明による光学装置を実時間ホログラフィ装
置に適用した図である。
置に適用した図である。
【図１０】図８による光学装置で得られた回折光の強度
分布の図である。
分布の図である。
１０１、入射直線偏光 １０３、液晶素子 １０５、液晶分子 １０７、出射直線偏光 １０９、配向軸方向 ３０１、矩形型位相回折格子 ３０３、コヒーレント光 ３０５、４０５、５０９、８２１、９０７、０次回折光 ３０７、４０７、５１１、８２３、９０９、一次回折光 ４０１、８０１、平行レーザ光 ４０３、５０３、８０３、８１１、９０３、空間光変調
素子 ４０９、レンズ ４１１、焦点面 ４１３、フィルタマスク ５０１、８１３、９０１、直線偏光平行レーザ光 ５０５、８１９、９０５、直線偏光検波素子 ５０７、検波軸 ８０５、８１５、フーリエ変換レンズ ８０９、映像信号 ８０７、８１７、電子カメラ
素子 ４０９、レンズ ４１１、焦点面 ４１３、フィルタマスク ５０１、８１３、９０１、直線偏光平行レーザ光 ５０５、８１９、９０５、直線偏光検波素子 ５０７、検波軸 ８０５、８１５、フーリエ変換レンズ ８０９、映像信号 ８０７、８１７、電子カメラ
Claims (8)
- 【請求項１】 直線偏光したコヒーレント光と該コヒー
レント光により照明された電気的に旋光性が制御される
θ度旋光光学素子からなる空間光変調器と、該空間光変
調器による回折光を検波する直線偏光検波素子とから構
成される光学装置において、該旋光光学素子の駆動電圧
値は最適駆動電圧幅の３０％を駆動しきい電圧値に加算
した電圧値を上限とし、該直線偏光検波素子の直線偏光
を透過する方位は、該コヒーレント光が該旋光光学素子
により旋光される方位とは逆方向でかつ該コヒーレント
光の直線偏光方位を起点として（９０−θ）度以上、
（１３５−θ）度以下に設置された事を特徴とする光学
装置。 - 【請求項２】 θの値としては９０度を用いた事を特徴
とした特許請求の範囲第１項記載の光学装置。 - 【請求項３】 直線偏光したコヒーレント光と該コヒー
レント光により照明された電気的に旋光性が制御される
θ度旋光光学素子からなる空間光変調器と、該空間光変
調器による回折光を検波する直線偏光検波素子とから構
成される光学装置において、該旋光光学素子の駆動電圧
値は最適駆動電圧幅の３０％を駆動飽和電圧値から減算
した電圧値を下限とし、該直線偏光検波素子の直線偏光
を透過する方位は、該コヒーレント光が該旋光光学素子
により旋光される方位とは逆方向でかつ該コヒーレント
光の直線偏光方位を起点として４５度以上、９０度以下
に設置された事を特徴とする光学装置。 - 【請求項４】 θの値としては９０度を用いた事を特徴
とした特許請求の範囲第３項記載の光学装置。 - 【請求項５】 直線偏光したコヒーレント光と該コヒー
レント光により照明されたθ度ツイストネマティック型
液晶素子からなる空間光変調器と、該空間光変調器によ
る回折光を検波する直線偏光検波素子とから構成される
光学装置において、該コヒーレント光の直線偏光軸は該
液晶素子の該コヒーレント光入射側の液晶分子配向軸方
向とほぼ一致し、該液晶素子の駆動電圧値は最適駆動電
圧幅の３０％を駆動しきい電圧値に加算した電圧値を上
限とし、該直線偏光検波素子の直線偏光を透過する方位
は、該コヒーレント光が該液晶素子により旋光される方
位とは逆方向でかつ該コヒーレント光の直線偏光方位を
起点として（９０−θ）度以上、（１３５−θ）度以下
に設置された事を特徴とする光学装置。 - 【請求項６】 θの値としては９０度を用いた事を特徴
とした特許請求の範囲第５項記載の光学装置。 - 【請求項７】 直線偏光したコヒーレント光と該コヒー
レント光により照明されたθ度ツイストネマティック型
液晶素子からなる空間光変調器と、該空間光変調器によ
る回折光を検波する直線偏光検波素子とから構成される
光学装置において、該コヒーレント光の直線偏光軸は該
液晶素子の該コヒーレント光入射側の液晶分子配向軸方
向とほぼ一致し、該液晶素子の駆動電圧値は最適駆動電
圧幅の３０％を駆動飽和電圧値から減算した電圧値を下
限とし、該直線偏光検波素子の直線偏光を透過する方位
は、該コヒーレント光が該液晶素子により旋光される方
位とは逆方向でかつ該コヒーレント光の直線偏光方位を
起点として４５度以上、９０度以下に設置された事を特
徴とする光学装置。 - 【請求項８】 θの値としては９０度を用いた事を特徴
とした特許請求の範囲第７項記載の光学装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3176797A JPH10228042A (ja) | 1997-02-17 | 1997-02-17 | 光学装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3176797A JPH10228042A (ja) | 1997-02-17 | 1997-02-17 | 光学装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10228042A true JPH10228042A (ja) | 1998-08-25 |
Family
ID=12340205
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3176797A Pending JPH10228042A (ja) | 1997-02-17 | 1997-02-17 | 光学装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10228042A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008145546A (ja) * | 2006-12-06 | 2008-06-26 | Olympus Corp | 投影装置 |
| US7946708B2 (en) | 2007-01-23 | 2011-05-24 | Seiko Epson Corporation | Display device that projects a virtual image display |
| WO2024024414A1 (ja) * | 2022-07-26 | 2024-02-01 | 株式会社フジクラ | 光演算装置 |
-
1997
- 1997-02-17 JP JP3176797A patent/JPH10228042A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008145546A (ja) * | 2006-12-06 | 2008-06-26 | Olympus Corp | 投影装置 |
| US7946708B2 (en) | 2007-01-23 | 2011-05-24 | Seiko Epson Corporation | Display device that projects a virtual image display |
| WO2024024414A1 (ja) * | 2022-07-26 | 2024-02-01 | 株式会社フジクラ | 光演算装置 |
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