JPH10260428A

JPH10260428A - 位相空間光変調方法および位相空間光変調素子

Info

Publication number: JPH10260428A
Application number: JP9064694A
Authority: JP
Inventors: Yasuyuki Sugiyama; 泰之杉山; Shiro Matsumoto; 史朗松元; Takayoshi Hayashi; 孝好林; Seizo Sakata; 晴三阪田
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1997-03-18
Filing date: 1997-03-18
Publication date: 1998-09-29

Abstract

(57)【要約】【課題】位相空間光変調素子の構成を簡単にし、か
つ、応答速度を速める。【解決手段】最大直径が１５０ｎｍ以下の液晶微粒子
が分散し、垂直入射光に対して光学的に等方的な光透過
性媒体に垂直方向の電界を印加して、光透過性媒体の屈
折率を変化させて、媒体の面内方向に屈折率分布を生じ
させる工程、および光を光透過性媒体に垂直に入射し、
媒体からの反射光あるいは媒体を透過する光の位相を変
調する工程を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は光情報処理、光通信
システム、ホログラフィー記憶装置等の分野に好適に用
いることのできる位相空間光変調方法および位相空間光
変調素子に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】電場印加による屈折率の変化を利用した
光制御については、従来より、液晶の屈折率異方性を用
いる方法が知られている。一般的に、液晶を用いる場合
は、ＬｉＮｂＯ₃ 等の電気光学結晶におけるポッケルス
効果を用いた場合の応答時間（ｎｓｅｃ以下）に比べて
遅い応答しか示さないが、電場印加による屈折率の変化
が大きいという利点がある。これらの特徴を利用して作
られた空間光変調器は、すでに、直視型液晶ディスプレ
イ、液晶ライトバルブを利用した投写型ディスプレイ、
光情報処理等に広く用いられている。しかしながら、画
素数が大きな、より高精細な映像を表示できるディスプ
レイ等の開発に向け、より高速な（μｓオーダー）液晶
デバイスの実現が望まれている。このような事情に鑑み
て、従来のネマチック液晶を用いたデバイスの他に、強
誘電性液晶を用いた数１０μｓの応答速度を持つデバイ
スが開発されているが、液晶の配向制御や、安定性の点
で問題のあることが指摘されている。これとは別に、直
径１μｍ以上の液晶ドロップレットを光透過性のポリマ
ーに分散させた液晶分散ポリマーが開発されている（例
えば、文献 Liq. Cryst. 21 (1996) pp. 157-174 参
照）。この材料を用いた液晶セルは、液晶ドロップレッ
トとマトリックスポリマーとの屈折率差による光散乱に
より、光をオン−オフするもので、これを表示デバイス
として使用する場合には、従来必要であった偏光子を用
いいる必要がないという点で優れているが、一般的に反
射率が小さいという欠点がある。

【０００３】前述のように、液晶デバイスを画像情報の
表示、変調などに用いる場合には、光の強度に着目した
デバイス構成となるが、光の持つもう一つの情報担体と
して光の位相情報に着目した場合、液晶デバイスを用い
て位相空間光変調器を構成することができる位相空間光
変調素子は、光情報処理に分野において、インターコネ
クト、パターン認識、相関抽出等に用いられる重要なデ
バイスである。従来の位相空間光変調器においては、元
来が光の強度変調を目的としたツイストネマチック液晶
セルを利用していたため、入射光の偏光の回転が避けら
れないことが問題であった。これに対して、文献（Appl
ied Optics vol 33 (1994) pp. 2804-2811）に見られる
ように、並行配置のネマチック液晶を用いて偏光の回転
が生じないように工夫した位相空間光変調器が提案され
ている。図１を用いて従来の並行配置の位相空間光変調
器の構成と動作原理を説明する。ネマチック液晶１は配
向膜２によって、ガラス基板３および３′に対して平行
にに配向させられている。ここに書き込み光４を照射す
ると、書き込み光の空間的な光の強弱により光導電膜５
の電気伝導度が変化し、透明電極６の両端にかかる電圧
が変化する。この透明電極６の両端にかけるバイアス電
圧をネマチック液晶１がスイッチングする電圧の閾値電
圧付近に設定しておくことにより、書き込み光４のオン
−オフによってネマチック液晶の配向が透明電極の垂直
方向に向き、あるいは向かず、すなわちネマチック液晶
１がスイッチングする。当初の液晶の配向方向と同一方
向の偏光方向を有する読み出し光８をこのデバイスに照
射すると、

【０００４】

【外１】

【０００５】に相当する位相変化を取り出すことができ
る。符号８ａは読み出し光の反射光である。符号９はス
ペーサである。なお、この構成では、誘電体反射膜７で
書き込み光と読み出し光は分離されており、出力は読み
出し光が入射した方向に対し反対方向に取り出されるこ
とになる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の位相空
間光変調器においても、液晶の配向処理が必要であった
り、ネマチック液晶を用いているために応答速度が数１
０ｍｓオーダーと遅い等、さらなる改善が求められてい
る。

【０００７】本発明はこのような現状に鑑みてなされた
ものであり、従来技術に比べて著しく高速に応答可能な
位相空間光変調方法および、高速に応答し、かつ、製造
方法の簡略化が図れ、光の偏光もデバイスの挿入前後で
変化しない位相空間光変調素子を提供するものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明による位相空間光
変調方法は、最大直径が１５０ｎｍ以下の液晶微粒子が
分散し、垂直入射光に対して光学的に等方的な光透過性
媒体に垂直方向の電界を印加し、前記光透過性媒体の屈
折率を変化させて前記媒体の面内方向に屈折率分布を生
じさせる工程、および光を前記光透過性媒体に垂直に入
射し、前記媒体からの反射光あるいは前記媒体を透過す
る光の位相を変調する工程を有することを特徴とする。

【０００９】ここで、前記光透過性媒体の面内方向に屈
折率分布を生じさせる工程が、前記光透過性媒体上に積
層され面内方向に電気抵抗の分布を有する光導電層を介
して垂直方向の電界を印加する工程であることが好まし
く、または、前記光透過性媒体の面内方向に屈折率分布
を生じさせる工程が、該光透過性媒体をセグメント化
し、各セグメントによって所定の電圧を印加する工程で
あることが好ましい。

【００１０】本発明による位相空間光変調素子は、透明
基板上に順に形成された、透明電極と、最大直径が１５
０ｎｍ以下の液晶微粒子が分散しており垂直入射光に対
して光学的に等方的な光透過性媒体と、誘電体反射膜と
光導電膜と、透明電極とを具備したことを特徴とする。

【００１１】さらに、本発明による位相空間光変調素子
は、透明基板上に順に形成された、マトリクス状の電極
と、最大直径が１５０ｎｍ以下の液晶微粒子が分散して
おり垂直入射光に対して光学的に等方的な光透過性媒体
と、透明電極とを具備したことを特徴とする。

【００１２】ここで、好適には、前記光透過性媒体が前
記マトリクス状の電極によってセグメント化され、各セ
グメントに薄膜トランジスタが形成されている。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明に係る位相空間光変調方法
は、最大直径１５０ｎｍ以下の液晶微粒子が分散した面
状の光透過性媒体を用い、この媒体面に対して光を垂直
方向に入射せしめる。液晶微粒子が分散した媒体は入射
光に対して媒体面内において光学的に等方的である。光
を入射させる方向と並行に電圧を印加することによって
媒体中に生じる電場によって、媒体中に屈折率変化を生
じさせることにより、媒体中に入射した光の位相を制御
する。

【００１４】この位相制御方法は、透明電極を有する透
明基板上に、最大直径１５０ｎｍ以下の液晶微粒子が分
散した光透過性媒体を配し、この光透過性媒体上に誘電
体反射膜、光導電膜、透明電極をこの順に設けた空間変
調素子、もしくは、マトリクス状に配置された電極が設
けられている透明基板上に、最大直径１５０ｎｍ以下の
液晶微粒子が分散した光透過性媒体を配し、この光透過
性媒体上にマトリクス状の電極と対向する透明電極が設
けられた空間変調素子、を用いることによって実現する
ことができる。

【００１５】本発明においては、光の位相を制御する媒
体として、大きさが極めて小さな液晶微粒子を光透過性
のよい材料、例えば、ポリマーやガラス、に分散させた
光透過性媒体（マトリクス媒体）を用いる。これによっ
て、電圧印加による液晶の配向ベクトルの変化に伴う屈
折率変化を利用した光制御方法および光素子の実現が可
能となる。また、極めて小さな液晶微粒子を用いている
ので、電圧印加に対して、従来のネマチック液晶や、Ｐ
ＤＬＣ（高分子分散液晶）に比べて、著しく高速な応答
が可能となる。

【００１６】本発明による空間光変調器の動作原理を図
２および図３を参照して説明する。図３では、動作を模
式的に説明するために電界を印加する部分と印加しない
部分を周期的に配置している。

【００１７】図２において、光透過性媒体１１は液晶微
粒子１２を光透過性材料１３に分散させたものである。
この液晶微粒子分散媒体を挟む形で電極１４を配置す
る。図２に示すように、電圧が印加されない状態では、
分散した液晶微粒子のディレクターはランダムな方向を
向いている。従って、光透過性媒体面内（ｘｙ面内）で
は、全体として屈折率の異方性はなく、マトリクスとし
ての光透過性材料と液晶のそれぞれの屈折率が平均化さ
れた値（ｎ₀ ）をとる。

【００１８】さて、この状態で、電源１５から、図のｚ
軸方向（媒体面に垂直方向）に電圧が印加されると、液
晶微粒子は液晶自身が持つ誘電率の異方性あるいは強誘
電性のために、ディレクターがランダムな方向から印加
電界に沿った方向に配列する（図３）。電圧印加による
位相変化を説明するために、電圧が印加された部分と印
加されない部分の透過光の波形も模式的に示してある。
この配列によって電圧印加方向に垂直な面（ｘｙ面）内
に屈折率の異方性は生じないが、

【００１９】

【外２】

【００２０】となるので、図３の電界が印加された部分
では、電界無印加状態に比べて分散媒体全体の屈折率
ｎ′（＜ｎ₀ ）は低下し、それに伴って、位相が遅れる
ことになる。すなわち、電界の印加によって位相を変調
できることになる。ここで、

【００２１】

【外３】

【００２２】それぞれ液晶の分子軸に平行方向および垂
直方向に進行する光に対する屈折率を表す。ネマチック
液晶の配向のスイッチングに伴う屈折率変化Δｎの値は
０．２５程度であるが、この液晶がポリマーとの体積比
１０％で媒体中に分散している場合、電圧印加によって
生じる屈折率変化は＝０．０１６程度と見積もることが
できる。また、これによる位相の変化量はΔφ＝２πΔ
ｎｄ／λ（ｄは媒体の厚さ、λは光の波長）で求められ
ることから、ｄ＝２０μｍ、λ＝６３３ｎｍとすれば、
約π（ｒａｄ）の位相変化が得られることになる。ま
た、液晶微粒子のスイッチングに必要な電界は３〜１０
ｖｏｌｔｓ／μｍ程度であって、この時のスイッチング
速度は５〜１０μｓと極めて高速である。

【００２３】なお、液晶微粒子の大きさは可視域の波長
より十分小さくなっているので、光透過率は大きく、光
散乱は非常に小さくなっており、従って、偏光方向の乱
れは極めて小さくなっている。

【００２４】さらに、本発明による位相空間光変調器に
よれば、液晶を光透過性媒体に分散させた系としている
ため、従来の液晶セルに見られるような配向処理やスペ
ーサを介したガラス基板のサンドイッチ構造を作製する
などの煩わしさを劇的に低減できる効果がある。

【００２５】本発明に用いる液晶の種類は、ネマチック
液晶、コレステリック液晶、強誘電性液晶等、電圧印加
によって配向が変化するものであればどの液晶でもかま
わないが、低電圧駆動の場合には配向により大きな屈折
率変化をもたらすネマチック液晶が、極めて高速な駆動
には強誘電性液晶が特に好ましい。また、液晶の大きさ
は、光情報処理、光通信、ディスプレイ等で用いられる
光の波長よりかなり小さく、最大直径が１５０ｎｍ以下
である必要がある。これは最大直径が１５０ｎｍより大
きい場合には液晶粒子と媒体（プラスチックまたはガラ
ス）との屈折率差による散乱が大きく、光透過率が十分
ではなく、また、電圧印加に対する応答も芳しくないこ
とによる。ここで、最大直径は、微粒子を回転楕円体と
見たときの最大直径であるの最高値である。ただし、直
径が小さくなると駆動に要する電圧が大きくなるので、
直径が小さすぎると好ましくない。実用的な駆動電圧を
保つための最大直径は５ｎｍ以上である。

【００２６】また、液晶分子が分散したマトリクス媒体
は、光透過性の材料であればよく、特に限定されるもの
ではないが、光透過性がよく、光学的に異方性のないポ
リマー、例えばＰＭＭＡ系ポリマー、ポリスチレン系ポ
リマー、ポリカーボネート系ポリマー、熱硬化性あるい
は光硬化性のアクリル系ポリマー、ポリエン−ポリチオ
ール系ポリマー、エポキシ系ポリマー、ポリウレタン系
ポリマー、ポリイソシアネート系ポリマー、またはガラ
ス等が挙げられる。

【００２７】液晶微粒子分散ポリマーの製造方法として
は、相分離による方法が一般的である。例えば、マトリ
クスポリマーと液晶を有機溶媒に溶解し、溶媒を除くこ
とによって、液晶の粒子をマトリクスポリマーから相分
離させる方法がある。また、熱あるいは光硬化性のプレ
ポリマーに液晶を溶解させておき、熱あるいは光照射に
よって、液晶の粒子を硬化したマトリクスポリマーから
相分離させる方法もある。いずれの方法にしても、本発
明で限定した大きさの液晶微粒子を選るには、急速な溶
媒の除去、あるいは急速なプレポリマーの硬化によっ
て、相分離を急速に行わせる必要がある。この場合、プ
レポリマーの硬化などは等方的に行われるため、出来上
がった媒体の屈折率は、媒体に対して垂直方向に入射す
る光に対しては光学的に等方的となる。

【００２８】一方、マトリクス媒体がガラスの場合に
は、本発明で規定する液晶微粒子の大きさに相当する孔
径を有する多孔質ガラスを液晶中に浸漬することによっ
て作製することができる。この場合も、出来上がった媒
体の屈折率は、媒体に対して垂直方向に入射する光に対
しては光学的に等方的となる。

【００２９】また、液晶微粒子が分散した光透過性媒体
以外に本発明による空間光変調器に用いる構成部材とし
て、次のような部材が使用できる。

【００３０】透明基板はガラス基板が一般的であるが、
光透過性の良いポリカーボネート系ポリマー、ＰＭＭＡ
系ポリマーで出来た基板であっても良い。透明電極、マ
トリクス電極には、蒸着法やスパッタリング法等で作製
された、酸化錫をドープした酸化インジウム（ＩＴＯ）
や酸化錫（ＳｎＯ₂ ）膜を用いることができる。

【００３１】誘電体反射膜には、ＳｉＯ、ＳｉＯ₂ 、Ａ
ｌ₂ Ｏ₃ 、ＣｅＯ₂ 、ＳｎＯ₂ 、ＴｉＯ₂ 、ＴｉＯ、Ｔ
ａ₂ Ｏ₅ 、ＺｒＯ₂ 、ＺｎＳ、ＭｇＦ₂ 、ＳｉＮ等を少
なくとも２層以上積層して、使用波長域で実用に耐えら
れる反射率を得られるように設計したものを用いること
ができる。

【００３２】光導電膜には、プラズマＣＶＤ法で作製さ
れたａ−Ｓｉ：Ｈ膜が光導電性と応答速度の点で好適で
あるが、より簡便には、蒸着法やスパッタリング法で作
製したＣｄＳ膜を用いることもできる。

【００３３】さらに、マトリクス電極には、各マトリク
スへの信号伝達特性の改善と、マトリクスの大容量化等
へ好適な方法として、その各々に対応してアクティブ素
子を設けることも有効である。アクティブ素子として
は、ａ−Ｓｉ、ｐ−Ｓｉ、ＣｄＳ、Ｔｅ等を用いて作製
されたＴＦＴ（薄膜トランジスタ）やＭＩＭ（metal-in
sulator-metal ）構造等のダイオード素子を用いること
ができるが、製造プロセス、応答速度の観点から、ａ−
Ｓｉ−ＴＦＴ、ｐ−Ｓｉ−ＴＦＴが好適である。

【００３４】以下に本発明の実施例を述べるが、本発明
はこれら実施例によって限定されるものではない。

【００３５】

【実施例】実施例１図４に本発明の第１の実施例として、光アドレス型の位
相空間光変調器の構成例を模式的に示す。

【００３６】液晶分散ポリマー３１は、市販の光硬化性
ポリマー（米国ノーランド社製、ＮＯＡ８１）と市販の
ネマチック液晶（メルク社、ＢＬ２４）から作製した。
作製手順は、所定量の液晶を光硬化性のプレポリマーに
完全に溶解させ（混合比、プレポリマー：液晶、１０
０：２５）、これを透明電極３２（ＩＴＯ）付きのガラ
ス基板３３（厚さ１ｍｍ）上に約２０μｍ厚にスピンコ
ートした。この段階で、強力な金属ハライドランプ（１
０ｍＷ／ｃｍ² ）を５分間照射し、ポリマー中に液晶微
粒子を生成させた。この液晶微粒子分散ポリマーの断面
ＳＥＭ写真を観察したところ、液晶微粒子の大きさは最
大直径が約８０ｎｍであった。この液晶微粒子分散ポリ
マーの上に、厚さ約１．５μｍの誘電体多層反射膜３４
（ＳｉＯ₂とＴｉＯ₂ を交互に２０層積層）を真空蒸着
で作製した。さらに、その上に光導電膜３５としてａ−
Ｓｉ：ＨをｒｆプラズマＣＶＤ法により厚さ１０μｍ堆
積し、最後にその上にＩＴＯ３２を厚さ０．５μｍ真空
蒸着で作製した。この液晶微粒子分散ポリマーは垂直入
射光に対して光学的に等方的である。図４には、図５で
説明する書き込み光および読み出し光（入射光と、入射
光と干渉する反射光）を模式的に描いてある。

【００３７】この試料を図５に示した測定系により評価
した。図５はマイケルソン干渉計を応用したものであ
る。白色光源４７からの光をマスク４６を通すことによ
ってパターン化し、レンズ４９ａを通して位相空間光変
調器４５に垂直に照射して、マスクパターンを位相空間
光変調器４５に書き込む。位相空間光変調器４５では、
マスクパターンに従った光強度により、光導電膜３５の
抵抗はパターンに応じて変化する。そして、その状態で
液晶微粒子分散ポリマー３１に電源４８から電圧が印加
される。この電界より液晶微粒子がスイッチし、屈折率
変化をもたらす。光導電膜の抵抗がパターン化している
ので、液晶微粒子分散ポリマーの屈折率もパターンに応
じて変化する。この状態で反対側からＨｅ−Ｎｅレーザ
４１からの読み出し光をレンズ４９ｂ，４９ｄ、スペー
シャルフィルター４９ｃからなる光学系を通し、さらに
ハーフミラー４２で分けて、一方を位相空間光変調器４
５に垂直に入射し、他方を同じ距離だけ離れた位置に配
置したミラー４４で反射させて、位相空間光変調器から
の反射光と干渉させる。この干渉パターンをＣＣＤカメ
ラ４３で受け、画像処理装置５０で処理した画像を観察
し、干渉縞のずれを測定することにより、白色光源のパ
ターン光によりＨｅ−Ｎｅレーザ光が受ける位相変調を
定量化することができる。

【００３８】ここでは、４ｖｏｌｔｓのバイアス印加電
圧に対して、書き込み光として２０μＷ／ｃｍ² の白色
光を用いたとき、図６の干渉パターンを観測することが
できた。これを位相変化量に換算すると、約π／２ｒ
ａｄ．であった。すなわち、書き込み光によって光導電
膜にパターンを書き込み、光入射方向と並行に電界を印
加することによって、空間的に位相変調することができ
る。

【００３９】また、ＣＣＤカメラの代わりに、干渉縞の
位置ずれ部の出力のみを検出するような適当なマスクを
介して配置したフォトダイオードで、白色光源の照射時
にトリガを合わせて検出したＨｅ−Ｎｅレーザ光の出力
波形を解析したところ、約８μｓの応答速度を持つこと
を確認することができた。

【００４０】比較のために、最大直径が１５０μｍより
大きな液晶を用いたところ、光の散乱が大きく、十分な
干渉パターンを観測することができなかった。

【００４１】以上の実施例から、本発明による液晶微粒
子分散ポリマーを用いることにより、読み出し光の偏光
を変化させることなく、実用的な位相変化量が得られ、
かつ極めて高速なアドレス型位相空間光変調器が、極め
て容易に構成できることがわかる。

【００４２】実施例２図７に本発明の第２の実施例として、電気アドレス型の
位相空間光変調器の構成例を模式的に示す。液晶微粒子
分散ポリマー５１は、実施例１と同様に市販の光硬化性
ポリマー（米国ノーランド社製、ＮＯＡ８１）と市販の
ネマチック液晶（メルク社製、ＢＬ２４）から作製し
た。プレポリマーと液晶との混合比は１００：３０とし
た。これをマトリクス状の電極５２と各セグメントにプ
ラズマＣＶＤプロセスで作製したＴＦＴ（薄膜トランジ
スタ）５３を有するガラス基板５４上に約２０μｍ厚に
スピンコートし、強力な金属ハライドランプ（５ｍＷ／
ｃｍ² ）を５分間照射し、ポリマー中に液晶微粒子を生
成させた。図７では、セグメントに印加する電界によっ
て読み出し光（透過光）の強度が異なることを模式的に
示してある。

【００４３】この液晶微粒子分散ポリマーの断面ＳＥＭ
写真を解析したところ、液晶微粒子の大きさは最大直径
が約１００ｎｍであった。この液晶微粒子分散ポリマー
５１の上に、真空蒸着で厚さ０．５μｍのＩＴＯ５５を
作製した。

【００４４】この試料を図８に示した測定系により評価
した。図８の測定系は実施例１の図５を透過型に変更し
たもので、各セグメントに印加した電圧による位相変化
量を干渉縞の位置ずれとして直接検出できるものであ
る。すなわち、Ｈｅ−Ｎｅレーザ６１からの読み出し光
をレンズ６９ａ，６９ｃ、スペーシャルフィルタ６９ｂ
からなる光学系を通してハーフミラー６２で二つに分
け、一方を液晶微粒子分散ポリマー６３に垂直に入射
し、他方をミラー６５に導く。電源６４により各セグメ
ントに電界が印加されて屈折率変化を生じている液晶微
粒子分散ポリマー６３を透過した光は、ミラー６６で反
射されてハーフミラー６７に導かれる。入射光のうち、
ハーフミラー６２で分けられた他方の光はミラー６５で
反射されてハーフミラー６７で液晶微粒子分散ポリマー
６３を透過した光と重なり、干渉を生じる。この干渉光
をレンズ６９ｄを通してＣＣＤカメラ６８で受け、画像
処理装置７０で処理した画像を観察することで液晶微粒
子分散ポリマー６３の各セグメントにかける電界による
位相変調を定量化できる。

【００４５】図９に、加えた電界と算出した位相変化量
の関係を示す。この図から、０〜１０ｖｏｌｔｓ／μｍ
の間で電界を連続的に変化することで、０〜２π ｒａ
ｄ．の位相変化量を連続的に得られることがわかる。換
言すれば、各セグメントにこの範囲内の電界を独立に印
加することによって、空間的に位相を連続的に制御する
ことができることがわかる。

【００４６】また、この時の応答速度を実施例１と同様
な方法で算出したところ、１０ｖｏｌｔｓ／μｍの電界
印加時で、約１０μｓの応答速度を持つことを確認する
ことができた。

【００４７】以上説明したように、本発明によれば、液
晶微粒子分散ポリマーを用いることにより、入射光の偏
光を変化させることなく、実用的な位相変化量が容易に
得られるため、これまでにない高速な電気アドレス型位
相空間光変調器が、極めて簡単な構成で実現できる。

【００４８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明において
は、垂直入射光に対して光学的に等方的な、最大直径１
５０ｎｍ以下の液晶微粒子が分散した光透過性媒体を用
いているため、入射光と並行に電圧を印加することによ
って、この媒体中の屈折率を、媒体面内に異方性を生じ
させないで、垂直方向成分のみを変化させることができ
る。これによって、従来問題となっていた、入射光の偏
光方向の回転の問題を回避し、なおかつ、極めて小さい
液晶微粒子を用いているので、従来にない極めて早い応
答速度を実用的な駆動電圧で実現できる。従って、光情
報処理やホログラフィー記録システムに用いられる位相
空間光変調器として極めて実用性が高い。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の位相空間光変調器の構成を示す模式図で
ある。

【図２】本発明による位相空間光変調器の動作原理を示
す図であって、電界を印加していない状態を示す図であ
る。

【図３】本発明による位相空間光変調器の動作原理を示
す図であって、電界を印加した状態と印加していない状
態の差分を示す図である。

【図４】本発明による光アドレス型の位相空間光変調器
の一実施例の構成を示す模式図である。

【図５】本発明による光アドレス型の位相空間光変調器
の特性を評価するための測定系を模式的に示す図であ
る。

【図６】本発明による光アドレス型の位相空間光変調器
の位相変化量の測定結果の一例を示す図である。

【図７】本発明による電気アドレス型の位相空間光変調
器の一実施例の構成を示す模式図である。

【図８】本発明による電気アドレス型の位相空間光変調
器の特性を評価するための測定系を模式的に示す図であ
る。

【図９】本発明による電気アドレス型の位相空間光変調
器の位相変化量の印加電圧依存性の測定結果の一例を示
す図である。

【符号の説明】

１ネマチック液晶２配向膜３ガラス基板４書き込み光５光導電膜６透明電極７誘電体反射膜８読み出し光１１光透過性媒体１２液晶微粒子１３光透過性材料１４電極１５電源３１液晶微粒子分散ポリマー３２透明電極３３ガラス基板３４誘電体反射膜３５光導電膜４１Ｈｅ−Ｎｅレーザ４２ハーフミラー４３ＣＣＤカメラ４４ミラー４５光アドレス型位相空間光変調器４６マスク４７白色光源４８電源５０画像処理装置５１液晶微粒子分散ポリマー５２マトリクス電極５３ＴＦＴ５４ガラス基板５５透明電極６１Ｈｅ−Ｎｅレーザ６２，６７ハーフミラー６３電気アドレス型位相空間光変調器６４電源６５，６６ミラー６８ＣＣＤカメラ７０画像処理装置

フロントページの続き (72)発明者阪田晴三東京都新宿区西新宿三丁目19番２号日本電信電話株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】最大直径が１５０ｎｍ以下の液晶微粒子
が分散し、垂直入射光に対して光学的に等方的な光透過
性媒体に垂直方向の電界を印加し、前記光透過性媒体の
屈折率を変化させて前記媒体の面内方向に屈折率分布を
生じさせる工程、および光を前記光透過性媒体に垂直に
入射し、前記媒体からの反射光あるいは前記媒体を透過
する光の位相を変調する工程を有することを特徴とする
位相空間光変調方法。
【請求項２】前記光透過性媒体の面内方向に屈折率分
布を生じさせる工程が、前記光透過性媒体上に積層され
面内方向に電気抵抗の分布を有する光導電層を介して垂
直方向の電界を印加する工程であることを特徴とする請
求項１に記載の位相空間光変調方法。
【請求項３】前記光透過性媒体の面内方向に屈折率分
布を生じさせる工程が、該光透過性媒体をセグメント化
し、各セグメントによって所定の電圧を印加する工程で
あることを特徴とする請求項１に記載の位相空間光変調
方法。
【請求項４】透明基板上に順に形成された、透明電極
と、最大直径が１５０ｎｍ以下の液晶微粒子が分散して
おり垂直入射光に対して光学的に等方的な光透過性媒体
と、誘電体反射膜と光導電膜と、透明電極とを具備した
ことを特徴とする位相空間光変調素子。
【請求項５】透明基板上に順に形成された、マトリク
ス状の電極と、最大直径が１５０ｎｍ以下の液晶微粒子
が分散しており垂直入射光に対して光学的に等方的な光
透過性媒体と、透明電極とを具備したことを特徴とする
位相空間光変調素子。
【請求項６】前記光透過性媒体が前記マトリクス状の
電極によってセグメント化され、各セグメントに薄膜ト
ランジスタが形成されていることを特徴とする請求項５
に記載の位相空間光変調素子。