JPH10268249A - Polarization rotating element - Google Patents

Polarization rotating element

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JPH10268249A
JPH10268249A JP6853897A JP6853897A JPH10268249A JP H10268249 A JPH10268249 A JP H10268249A JP 6853897 A JP6853897 A JP 6853897A JP 6853897 A JP6853897 A JP 6853897A JP H10268249 A JPH10268249 A JP H10268249A
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JP
Japan
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polarization
liquid crystal
light
nematic liquid
twisted nematic
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JP6853897A
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Japanese (ja)
Inventor
Kuniharu Takizawa
國治 滝沢
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Japan Broadcasting Corp
Original Assignee
Nippon Hoso Kyokai NHK
Japan Broadcasting Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a polarization rotating element capable of controlling the polarization direction of an incident light at high speed and also variously even in a simple device constitution. SOLUTION: This element is provided with the polarization rotating part 3 which is constituted by laminating plural twisted nematic liquid crystal cells 61 -6i in which nematic liquid crystal having twisted orientation or choloesteric liquid crystal is held in between transparent electrodes and which emits light while rotating the polarization plane of an incident light 2 and a polarized light selecting part 4 on which the outgoing light of the polarization rotating part 3 is made incident and which selects the polarized light having a constant direction and which rotates by itself and controls the polarization direction of a linearly polarized light to be emitted from the polarized light selecting part 4 by voltages to be impressed on the twisted nematic liquid crystal cells 61 -6i and the rotation of the polarized light selection part 4.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、直線偏光の偏光方
向を自由に回転することのできる偏光回転素子に係わ
り、特に、光通信、光情報処理、光記録、あるいは種々
の光学測定などの直線偏光の偏光方向を自由に回転する
ことを必要とする技術に広く応用可能な偏光回転素子に
関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a polarization rotating element capable of freely rotating the polarization direction of linearly polarized light, and more particularly to a linear rotation element for optical communication, optical information processing, optical recording, or various optical measurements. The present invention relates to a polarization rotator that can be widely applied to a technique that needs to freely rotate the polarization direction of polarized light.

【0002】[発明の概要]本発明は、直線偏光の偏光
方向を自由に回転することのできる偏光回転素子に関す
るもので、入射光の偏波面を回転する複数のツイスティ
ッドネマティック液晶セルから成る偏光回転部と、一定
方向の偏光を選択し、かつ自ら回転する偏光選択部とを
備え、個別のツイスティッドネマティック液晶セルを電
圧駆動することと偏光選択部の回転を組合わせることに
よって、任意の方向に直線偏光した光を形成できるよう
にしたものである。
[Summary of the Invention] The present invention relates to a polarization rotating element capable of freely rotating the polarization direction of linearly polarized light, and comprises a plurality of twisted nematic liquid crystal cells for rotating the plane of polarization of incident light. A rotation unit, and a polarization selection unit that selects polarization in a certain direction and rotates by itself.By combining voltage driving of individual twisted nematic liquid crystal cells with rotation of the polarization selection unit, an arbitrary direction can be obtained. To form linearly polarized light.

【0003】[0003]

【従来の技術】従来より、素子の偏光方向を制御できる
偏光回転素子としては、図11乃至図13に示すものが
知られている。
2. Description of the Related Art Hitherto, as a polarization rotator capable of controlling the polarization direction of an element, those shown in FIGS. 11 to 13 are known.

【0004】図11に示す偏光回転素子100は、1/
4波長板101と、偏光板102とを配置し、直線偏光
である入射光103を1/4波長板101を通過させて
円偏光104に変換して偏光板102に入射させ、この
偏光板102では入射した円偏光102を任意の角度に
回転して任意の方向に直線偏光した出射光105を出力
するようにしたものである。
The polarization rotator 100 shown in FIG.
A four-wavelength plate 101 and a polarizing plate 102 are arranged, and the incident light 103, which is linearly polarized light, passes through the quarter-wavelength plate 101, is converted into circularly polarized light 104, and is incident on the polarizing plate 102. In this example, the incident circularly polarized light 102 is rotated at an arbitrary angle, and the output light 105 linearly polarized in an arbitrary direction is output.

【0005】しかしながら、この偏光回転素子100
は、円偏光104の50%以上が偏光板102で失われ
てしまうという基本的な欠点があるばかりか、1/4波
長板101のもつ波長依存性のため、波長の異なる光の
偏光方向を同時に回転させることが困難である等の問題
がある。このため、光強度の大きな損失をきらう多くの
分野ではこの偏光回転素子100を使用することはでき
ない。
However, the polarization rotator 100
Not only has the basic disadvantage that 50% or more of the circularly polarized light 104 is lost by the polarizing plate 102, but also changes the polarization direction of light having different wavelengths due to the wavelength dependence of the 波長 wavelength plate 101. There are problems such as difficulty in rotating simultaneously. For this reason, the polarization rotator 100 cannot be used in many fields in which a large loss of light intensity is suppressed.

【0006】図12に示す偏光回転素子110は、光学
活性( optical activity )を持つ透明材料111に直
線偏光である入射光103を通過させる。この透明材料
の光路長を変えることにより、入射光103とは異なる
方向に直線偏光した入射光105を取り出すようにした
ものである。
A polarization rotator 110 shown in FIG. 12 allows a transparent material 111 having optical activity to pass incident light 103 which is linearly polarized light. By changing the optical path length of the transparent material, the incident light 105 linearly polarized in a direction different from the direction of the incident light 103 is extracted.

【0007】しかしながら、この偏光回転素子110
は、光学活性材料111の長さを自由に、かつ高速に変
えることが困難であり、このため、実時間制御を必要と
する多くの応用分野ではこの偏光回転素子110を使用
することはできない。
However, the polarization rotator 110
It is difficult to change the length of the optically active material 111 freely and at high speed, so that the polarization rotator 110 cannot be used in many applications requiring real-time control.

【0008】図13に示す偏光回転素子120は、いわ
ゆるファラデー回転子であり、ファラデー効果を有する
透明材料121に光の進行方向と平行な方向に静磁場1
22を加え、静磁場122の強さを変えて、透明材料に
入射する直線偏光である入射光103とは異なる方向に
偏光した直線偏光を出射光105として出力するように
したものである。
A polarization rotator 120 shown in FIG. 13 is a so-called Faraday rotator, and applies a static magnetic field 1 to a transparent material 121 having a Faraday effect in a direction parallel to the traveling direction of light.
22, the intensity of the static magnetic field 122 is changed, and linearly polarized light polarized in a direction different from that of the incident light 103, which is linearly polarized light incident on the transparent material, is output as the outgoing light 105.

【0009】しかしながら、この偏光回転素子120
は、高速制御ができるという大きな利点を有するもの
の、波長依存性が非常に強いため、波長の異なる光の偏
光方向を同時に変えることは困難であるという欠点を持
つ。また、光が入射、出射する断面を大きくすることも
容易でないばかりか、静磁場印加装置を必要とするな
ど、光の通過断面積に比べて、周辺装置が大型になると
いう欠点も有している。
However, the polarization rotator 120
Although they have the great advantage that they can be controlled at high speed, they have the drawback that it is difficult to simultaneously change the polarization directions of light of different wavelengths because of their extremely strong wavelength dependence. In addition, not only is it not easy to enlarge the cross-section where light enters and exits, but there is also a disadvantage that peripheral devices become larger than the cross-sectional area of light, such as the need for a static magnetic field applying device. I have.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】このように、上記従来
の各偏光回転素子によれば、1/4波長板101と偏光
板102とを組み合わせた偏光回転素子100にあって
は、円偏光の50%以上が偏光板102で失われてしま
う他に、1/4波長板101のもつ波長依存性のため、
波長の異なる光の偏光方向を同時に回転させることが困
難であることから、光強度の大きな損失をきらう多くの
分野には使用できないという課題がある。また、光学活
性を持つ透明材料111に直線偏光を通過させる偏光回
転素子110にあっては、透明材料111の長さを自
由、かつ高速に変えることが困難であるため、実時間制
御を必要とする多くの応用分野には使用できないという
課題がある。さらに、ファラデー回転子120にあって
は、波長依存性が非常に強くて波長の異なる光の偏光方
向を同時に変えることは困難であり、また、光が入出す
る断面を大きくすることも容易でなく、さらに、静磁場
印加装置を必要とするため、光の通過断面積に比べて周
辺装置が大型になるという課題がある。
As described above, according to the above-described conventional polarization rotators, the polarization rotator 100 in which the quarter-wave plate 101 and the polarization plate 102 are combined has a circular polarization. In addition to the loss of 50% or more in the polarizing plate 102, the wavelength dependency of the 波長 wavelength plate 101 causes
Since it is difficult to rotate the polarization directions of light having different wavelengths at the same time, there is a problem that it cannot be used in many fields where a large loss of light intensity is required. Further, in the case of the polarization rotator 110 that allows linearly polarized light to pass through the transparent material 111 having optical activity, it is difficult to change the length of the transparent material 111 freely and at high speed. There is a problem that it cannot be used for many application fields. Furthermore, in the Faraday rotator 120, it is difficult to simultaneously change the polarization directions of light having different wavelengths because the wavelength dependency is very strong, and it is not easy to increase the cross section where light enters and exits. Further, since a static magnetic field applying device is required, there is a problem that the peripheral device becomes large as compared with the cross-sectional area of light passage.

【0011】本発明は上記の事情に鑑みてなされたもの
であり、その目的は、簡単な装置構成であっても入射光
の偏光方向を高速、かつ多様に制御できる偏光回転素子
を提供することにある。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a polarization rotating element which can control the polarization direction of incident light at high speed and variously even with a simple device configuration. It is in.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、請求項1の発明は、捻れ配向のネマティック液
晶、またはコレステリック液晶を透明電極で挟んだツイ
スティッドネマティック液晶セルを複数積層して構成さ
れ、入射光の偏波面を回転して出射する偏光回転部と、
この偏光回転部の出射光を入射して一定方向の直線偏光
を選択する偏光板を有する偏光選択部とを備え、前記偏
光回転部と偏光選択部とを入射光の光軸に垂直な面内で
所望の角度に回転させ、かつ個別のツイスティッドネマ
ティック液晶セルを電圧駆動して偏光選択部からの出力
光強度を最大にさせ、所望の角度に直線偏波した光を出
射することを特徴とするものである。
Means for Solving the Problems In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 is characterized by laminating a plurality of twisted nematic liquid crystal cells in which a twisted nematic liquid crystal or a cholesteric liquid crystal is sandwiched between transparent electrodes. A polarization rotating unit configured to rotate the plane of polarization of the incident light and emit the light,
A polarization selection unit having a polarization plate that receives the light emitted from the polarization rotation unit and selects linear polarization in a certain direction, and the polarization rotation unit and the polarization selection unit are arranged in a plane perpendicular to the optical axis of the incident light. Rotate to a desired angle, and drive the individual twisted nematic liquid crystal cells by voltage to maximize the output light intensity from the polarization selector, and emit linearly polarized light at the desired angle. Is what you do.

【0013】請求項2の発明は、請求項1記載の偏光回
転素子において、前記ツイスティッドネマティック液晶
セルの基板面の分子配列方向は、隣接するツイスティッ
ドネマティック液晶セルの基板面の分子配列方向に平
行、または垂直であることを特徴とするものである。
According to a second aspect of the present invention, in the polarization rotator of the first aspect, the molecular arrangement direction of the substrate surface of the twisted nematic liquid crystal cell is in the molecular arrangement direction of the substrate surface of the adjacent twisted nematic liquid crystal cell. It is characterized by being parallel or vertical.

【0014】請求項3の発明は、請求項1、または2記
載の偏光回転素子において、前記ツイスティッドネマテ
ィック液晶セルを通過した光が前記偏光選択部を通過す
ることを特徴とするものである。
According to a third aspect of the present invention, in the polarization rotator of the first or second aspect, light passing through the twisted nematic liquid crystal cell passes through the polarization selector.

【0015】請求項4の発明は、請求項1、2、または
3記載の偏光回転素子において、前記偏光選択部から出
射される直線偏光の一部を光電変換する光検出部と、前
記ツイスティッドネマティック液晶セルへの印加電圧値
を制御し、該印加電圧値に応じて前記光検出部から出力
される電気信号の大きさを比較し、かつ前記偏光選択部
から出射される直線偏光の強度が、最も大きい値をもつ
ように印加電圧を選択し、これを保持する信号制御部
と、をさらに具備することにより、前記偏光選択部の出
力光強度を最大にすることを特徴とするものである。
According to a fourth aspect of the present invention, in the polarization rotator of the first, second, or third aspect, a light detector for photoelectrically converting a part of the linearly polarized light emitted from the polarization selector, and the twisted element. The voltage applied to the nematic liquid crystal cell is controlled, the magnitude of the electric signal output from the photodetector is compared according to the applied voltage, and the intensity of the linearly polarized light emitted from the polarization selector is adjusted. And a signal control unit for selecting an applied voltage so as to have the largest value, and holding the selected voltage, thereby maximizing the output light intensity of the polarization selecting unit. .

【0016】請求項5の発明は、請求項1、2、3、ま
たは4記載の偏光回転素子において、前記偏光選択部
は、ニコル(Nicol) プリズム、グラン−トムソン(Glan-
Thompson) プリズム、ロション(Rochon)プリズム、ウォ
ーラストン(Wollaston) プリズム、グラン−フーコー(G
lan-Foucault) プリズム、偏光フィルム、またはゲスト
ホスト液晶セルのいずれかで構成されることを特徴とす
るものである。
According to a fifth aspect of the present invention, in the polarization rotator of the first, second, third, or fourth aspect, the polarization selector comprises a Nicol prism, a Glan-Thomson.
Thompson) prism, Rochon prism, Wollaston prism, Gran Foucault (G
(lan-Foucault) It is characterized by comprising one of a prism, a polarizing film, and a guest-host liquid crystal cell.

【0017】上記の構成を有する各発明によれば、簡単
な装置構成であっても入射光の偏光方向を高速、かつ多
様に制御することができる。
According to each invention having the above configuration, the polarization direction of incident light can be controlled at high speed and variously even with a simple device configuration.

【0018】[0018]

【発明の実施の形態】図1は本発明に係る偏光回転素子
の構成を示している。この偏光回転素子1は、入射光2
の偏波面を回転する偏光回転部3と、この偏光回転部3
に積層されて一体となり、一定の偏波光を吸収する偏光
選択部4とから構成されており、偏光回転部3側から入
射した入射光2は、偏光選択部4で偏光された後、透過
光5として出射される。また、偏光回転部3は、それぞ
れ異なった捻れ角度を持つ複数のツイスティッドネマテ
ィック液晶セル61 ,62 ,…,6i-1 ,6i が積層さ
れて構成されている。以上の構成は本発明に基本的な構
成であり、具体的な構成については、以下に示す各実施
の形態、およびそれらの試作例、並びにそれらの変形例
で説明する。
FIG. 1 shows the structure of a polarization rotator according to the present invention. The polarization rotator 1 is provided with an incident light 2
A polarization rotator 3 for rotating the polarization plane of
And a polarization selector 4 that absorbs a certain amount of polarized light. The incident light 2 incident from the polarization rotator 3 is polarized by the polarization selector 4 and then transmitted. 5 is emitted. The polarization rotator 3 is formed by stacking a plurality of twisted nematic liquid crystal cells 6 1 , 6 2 ,..., 6 i-1 , 6 i having different twist angles. The above configuration is a basic configuration of the present invention, and a specific configuration will be described in the following embodiments, prototypes thereof, and modifications thereof.

【0019】<第1の実施の形態> 《第1の実施の形態の構成》図2は、第1の実施の形態
の構成を示している。この実施の形態の偏光回転素子1
0は、偏光回転部3として2枚のツイスティッドネマテ
ィック液晶セル6A,6Bを用いると共に、偏光選択部
4として偏光フィルム16を用いて構成したものであ
る。
<First Embodiment><< Structure of First Embodiment >> FIG. 2 shows the structure of the first embodiment. Polarization rotating element 1 of this embodiment
Reference numeral 0 denotes a configuration in which two twisted nematic liquid crystal cells 6A and 6B are used as the polarization rotation unit 3 and a polarization film 16 is used as the polarization selection unit 4.

【0020】ツイスティッドネマティック液晶セル6A
は、第1透明基板11Aと、第1透明電極12Aと、液
晶13Aと、第2透明電極14Aと、第2透明基板15
Aとを順に積層して構成されている。また、ツイスティ
ッドネマティック液晶セル6Bも同様に、第1透明基板
11Bと、第1透明電極12Bと、液晶13Bと、第2
透明電極14Bと、第2透明基板15Bとを順に積層し
て構成されている。
Twisted nematic liquid crystal cell 6A
Are a first transparent substrate 11A, a first transparent electrode 12A, a liquid crystal 13A, a second transparent electrode 14A, and a second transparent substrate 15A.
And A in order. Similarly, the twisted nematic liquid crystal cell 6B also includes a first transparent substrate 11B, a first transparent electrode 12B, a liquid crystal 13B, and a second
The transparent electrode 14B and the second transparent substrate 15B are sequentially laminated.

【0021】第1透明基板11A,11Bと、第2透明
基板15A,15Bは、いずれも平板状のガラス基板等
で構成されている。また、第1透明電極12A,12B
と、第2透明電極14A,14Bは、いずれも例えば、
In2 3 に5%のSnを添加して形成された厚さ0.
07μm程度のITO透明電極膜で構成されている。
Each of the first transparent substrates 11A and 11B and the second transparent substrates 15A and 15B is composed of a flat glass substrate or the like. Also, the first transparent electrodes 12A, 12B
And the second transparent electrodes 14A and 14B are, for example,
Thickness formed by adding 5% of Sn to In 2 O 3 .
It is composed of an ITO transparent electrode film of about 07 μm.

【0022】ツイスティッドネマティック液晶セル6
A,6Bを構成する液晶13A,13Bとしては、高速
応答をもつ偏光回転素子を実現するために、ネマティッ
ク液晶、または材料自体が捻れ配向をもつコレステリッ
ク液晶など、粘度が低い液晶材料を使用するのが好適で
ある。また、ネマティック液晶に分子配向に捻れを誘発
するカイラル剤を混入して使用しても良い。
Twisted nematic liquid crystal cell 6
As the liquid crystals 13A and 13B constituting the liquid crystal elements A and 6B, a liquid crystal material having a low viscosity such as a nematic liquid crystal or a cholesteric liquid crystal having a material itself having a twisted orientation is used in order to realize a polarization rotator having a high-speed response. Is preferred. A nematic liquid crystal may be mixed with a chiral agent that induces a twist in molecular alignment.

【0023】また、ツイスティッドネマティック液晶セ
ル6Aは45゜の捻れ配向であり、ツイスティッドネマ
ティック液晶セル6Bは、90゜の捻れ配向である。こ
れらツイスティッドネマティック液晶6A,6Bにおけ
る透明電極近傍の液晶分子17,18,19,20は、
図3に示すように偏光選択部4から出力される透過光5
の方向(以下、光透過方向と呼ぶ)を0゜とすると、そ
れぞれ45゜、および90゜の方向に配向している。ま
た、液晶分子17,18、および19,20h同一の捻
れ回転方向をもっている。また、図3に示すように、ツ
イスティッドネマティック液晶セル6Aに入射する入射
光2は紙面の上から下に向かって進むこととなる。
The twisted nematic liquid crystal cell 6A has a 45 ° twist orientation, and the twisted nematic liquid crystal cell 6B has a 90 ° twist orientation. In these twisted nematic liquid crystals 6A and 6B, liquid crystal molecules 17, 18, 19 and 20 near the transparent electrode are:
As shown in FIG. 3, the transmitted light 5 output from the polarization selector 4
Assuming that the direction (hereinafter, referred to as the light transmission direction) is 0 °, they are oriented in directions of 45 ° and 90 °, respectively. In addition, the liquid crystal molecules 17, 18, and 19, 20h have the same twist rotation direction. As shown in FIG. 3, the incident light 2 entering the twisted nematic liquid crystal cell 6A travels from the top to the bottom of the paper.

【0024】この偏光回転部3の入射光2の偏光方向
は、偏光回転部4による偏波面の回転方向に依存する。
そのため、ツイスティッドネマティック液晶セル6A,
6Bの捻れ角には制限がなく、45゜や90゜以外の捻
れ角を用いることでも、多様な偏光回転機能を得ること
ができる。従って、後述する変形例でも説明するよう
に、捻れ角の小さなツイスティッドネマティック液晶セ
ルを偏光回転部3に更に挿入すれば、より緻密な偏波面
の回転動作が得られる。
The polarization direction of the incident light 2 of the polarization rotation unit 3 depends on the direction of rotation of the plane of polarization by the polarization rotation unit 4.
Therefore, the twisted nematic liquid crystal cell 6A,
The twist angle of 6B is not limited, and various polarization rotation functions can be obtained by using a twist angle other than 45 ° or 90 °. Therefore, as will be described in a modified example described later, if a twisted nematic liquid crystal cell having a small twist angle is further inserted into the polarization rotation unit 3, a more precise rotation operation of the polarization plane can be obtained.

【0025】ツイスティッドネマティック液晶セル6
A,6Bの旋光能は、光の偏波面が入射側の基板面の液
晶分子配列に平行、または垂直のとき顕著になる。その
ため、2枚以上のツイスティッドネマティック液晶セル
を用いて入射光2の偏波面を効率よく回転するには、互
いに隣接するツイスティッドネマティック液晶セル6
A,6Bの基板面の分子(液晶分子17,18,19,
20)の配列方向を平行、または垂直にすることが望ま
しい。図2の構成では、図3に示すように、基板面の液
晶分子17の配列方向と、液晶分子18の配列方向とは
平行としている。しかし、互いの分子配列方向が平行や
垂直でない場合でも偏光強度は低下するものの、偏波面
の回転は可能である。
Twisted nematic liquid crystal cell 6
The optical rotatory power of A and 6B becomes remarkable when the plane of polarization of light is parallel or perpendicular to the liquid crystal molecular arrangement on the substrate surface on the incident side. Therefore, in order to efficiently rotate the polarization plane of the incident light 2 using two or more twisted nematic liquid crystal cells, the twisted nematic liquid crystal cells 6 adjacent to each other are required.
A, 6B substrate surface molecules (liquid crystal molecules 17, 18, 19,
It is desirable that the arrangement direction of 20) is parallel or vertical. In the configuration of FIG. 2, as shown in FIG. 3, the arrangement direction of the liquid crystal molecules 17 on the substrate surface is parallel to the arrangement direction of the liquid crystal molecules 18. However, even when the molecular arrangement directions are not parallel or perpendicular to each other, the polarization plane can be rotated though the polarization intensity is reduced.

【0026】また、液晶分子の基板面の液晶分子17,
18,19,20の各配列方向を制御するために、第1
透明電極12Aと液晶13Aとの間、液晶13Aと第2
透明電極14Aとの間、第1透明電極12Bと液晶13
Bとの間、液晶13Bと第2透明電極14Bとの間に夫
々配向膜として、ポリイミド、ポリビニルアルコールな
どの合成樹脂からなる高分子薄膜や、SiO,SiO2
などからなる無機薄膜を形成するのも良い。
Further, the liquid crystal molecules 17, on the substrate surface of the liquid crystal molecules,
In order to control the arrangement directions of 18, 19 and 20, the first
Between the transparent electrode 12A and the liquid crystal 13A, the liquid crystal 13A and the second
Between the transparent electrode 14A, the first transparent electrode 12B and the liquid crystal 13
B, and between the liquid crystal 13B and the second transparent electrode 14B, as an alignment film, a polymer thin film made of a synthetic resin such as polyimide or polyvinyl alcohol, or SiO, SiO 2
It is also possible to form an inorganic thin film made of such as.

【0027】前記第1透明電極12Aと第2透明電極1
4Aとの間にはスイッチ21A、リード線22Aを介し
て、交流電源23Aが接続され、第1透明電極12Bと
第2透明電極14Bとの間にはスイッチ21B、リード
線22Bを介して、交流電源23Bが接続されている。
The first transparent electrode 12A and the second transparent electrode 1
AC power supply 23A is connected between the first transparent electrode 12B and the second transparent electrode 14B via a switch 21A and a lead wire 22B. Power supply 23B is connected.

【0028】この実施の形態における偏光選択部3を構
成する偏光フィルム16は、光を吸収するヨウ素分子を
含むポリビニルアルコール樹脂からなるものである。ま
た、偏光フィルム16では、最も光を吸収する光学的な
方向が、隣接するツイスティッドネマティック液晶セル
6Bの基板面の分子配列方向に平行、または垂直に配置
されることが望ましい。図2の構成では図3に示すよう
に、隣接するツイスティッドネマティック液晶セル6B
の液晶分子20の分子配列方向と、偏光選択部4の吸収
軸とは平行となっている。
The polarizing film 16 constituting the polarization selecting section 3 in this embodiment is made of a polyvinyl alcohol resin containing iodine molecules absorbing light. Further, in the polarizing film 16, it is desirable that the optical direction in which light is absorbed the most is arranged parallel or perpendicular to the molecular arrangement direction of the substrate surface of the adjacent twisted nematic liquid crystal cell 6B. In the configuration of FIG. 2, as shown in FIG. 3, the adjacent twisted nematic liquid crystal cell 6B
And the absorption axis of the polarization selector 4 are parallel to each other.

【0029】この実施の形態においては、図4に示すよ
うに、偏光回転部3と偏光選択部4とは回転機構25に
取り付けられている。この回転機構25を手動、または
電気的に回転させ、かつ偏光回転部3を構成する1個、
または複数個のそれぞれ異なる捻れ角度を有するツイス
ティッドネマティック液晶セル6A,6Bの印加電圧を
入切することによって偏光選択部4から最大の光強度を
得るように構成されている。この回転機構25は、偏光
板や波長板を保持する通常の回転ホルダーに偏光板に加
えて偏光回転部3の液晶セル6A,6Bを取り付けられ
るように加工することで容易に構成される。これを任意
の角度に手動で回転させるか、あるいはこれにパルスモ
ータを取り付け、パルス電圧を付加して電気的に回転さ
せることで容易に実現できる。
In this embodiment, as shown in FIG. 4, the polarization rotation unit 3 and the polarization selection unit 4 are attached to a rotation mechanism 25. This rotating mechanism 25 is manually or electrically rotated, and one of the components constituting the polarization rotator 3;
Alternatively, the configuration is such that the maximum light intensity is obtained from the polarization selector 4 by turning on / off the applied voltage to a plurality of twisted nematic liquid crystal cells 6A and 6B having different twist angles. The rotation mechanism 25 can be easily configured by processing a normal rotation holder that holds a polarization plate or a wavelength plate so that the liquid crystal cells 6A and 6B of the polarization rotation unit 3 can be attached in addition to the polarization plate. This can be easily realized by manually rotating it to an arbitrary angle or by attaching a pulse motor to this and electrically rotating it by applying a pulse voltage.

【0030】《第1の実施の形態の作用》図2の構成の
偏光回転素子10において、偏光回転部3に入射した入
射光2は、45゜や90゜のツイスティッドネマティッ
ク液晶セル6A,6Bで旋光された後、偏光選択部4の
偏光フィルム16を通過し透過光5として出射される。
偏光回転部3の2枚のツイスティッドネマティック液晶
セル6A,6Bは、液晶分子が連続して捻れるように配
置されるため、入射光2の偏波面は最大で135゜回転
される。一方、個々のツイスティッドネマティック液晶
セル6A,6Bの旋光能は、第1透明電極12A,12
Bと第2透明電極14A,14Bとの間の電圧印加によ
り解消される。偏光回転素子10の偏光角は、電圧制御
されたツイスティッドネマティック液晶セル6A,6B
の旋光角の和となる。そのため、入射光2の偏光方向
が、液晶分子17の配列と平行、または直交している場
合には、液晶セル6A,6Bに入射した直線偏光は、ス
イッチ21A,21Bの切り替えにより、偏光方向が0
゜(180゜)、45゜、90゜、135゜の4通りの
角度に回転する。ここで、図4に示すように偏光回転部
3と偏光選択部4とを回転機構25に組み込み、この回
転機構を所望の角度に回転させ、液晶セルに加わる4種
類の印加電圧値を選択して偏光選択部4の出力を最大に
すれば、非常に小さな損失で入射光の偏光方向を変える
ことができる。
<< Operation of the First Embodiment >> In the polarization rotator 10 having the configuration shown in FIG. 2, the incident light 2 incident on the polarization rotator 3 is a 45 ° or 90 ° twisted nematic liquid crystal cell 6A, 6B. Then, the light passes through the polarizing film 16 of the polarization selector 4 and is emitted as transmitted light 5.
Since the two twisted nematic liquid crystal cells 6A and 6B of the polarization rotator 3 are arranged so that liquid crystal molecules are continuously twisted, the plane of polarization of the incident light 2 is rotated by 135 ° at the maximum. On the other hand, the optical rotation power of each twisted nematic liquid crystal cell 6A, 6B depends on the first transparent electrodes 12A, 12A.
This is canceled by applying a voltage between B and the second transparent electrodes 14A and 14B. The polarization angle of the polarization rotation element 10 is controlled by the voltage-controlled twisted nematic liquid crystal cells 6A and 6B.
Is the sum of the optical rotation angles of Therefore, when the polarization direction of the incident light 2 is parallel or orthogonal to the arrangement of the liquid crystal molecules 17, the linearly polarized light incident on the liquid crystal cells 6A and 6B changes its polarization direction by switching the switches 21A and 21B. 0
Rotate to four angles of {180}, 45 °, 90 °, 135 °. Here, as shown in FIG. 4, the polarization rotation unit 3 and the polarization selection unit 4 are incorporated in a rotation mechanism 25, and the rotation mechanism is rotated to a desired angle to select four types of applied voltage values applied to the liquid crystal cell. If the output of the polarization selector 4 is maximized, the polarization direction of the incident light can be changed with a very small loss.

【0031】入射光2の偏光方向と液晶分子17の配列
方向が一致しない場合、液晶の旋光能は入射光の偏光方
向と液晶分子の配列方向のなす角度により変化する。し
かし、図2の構成では、その角度の最大値は高々45゜
であるため、液晶の旋光能の効果は大きく、後述する図
8の結果が示すように、85%以上のパワーは所望の方
向に入射光の偏波面を回転でき、従来の偏光回転素子に
比べて、格段にその損失を低減することができる。
If the polarization direction of the incident light 2 does not match the arrangement direction of the liquid crystal molecules 17, the optical rotation power of the liquid crystal changes depending on the angle between the polarization direction of the incident light and the arrangement direction of the liquid crystal molecules. However, in the configuration of FIG. 2, since the maximum value of the angle is at most 45 °, the effect of the optical rotatory power of the liquid crystal is large, and as shown in the result of FIG. Thus, the polarization plane of the incident light can be rotated, and the loss can be significantly reduced as compared with the conventional polarization rotation element.

【0032】<第2の実施の形態> 《第2の実施の形態の構成》図5は、第2の実施の形態
の構成を示している。この実施の形態の偏光回転素子3
0は、偏光回転部3として第1の実施の形態と同様に2
枚のツイスティッドネマティック液晶セル6A,6Bを
用いると共に、偏光選択部4として偏光フィルム16に
替えてゲストホスト液晶セル36を用いたものである。
なお、図1に示した第1の実施の形態と同一構成部分に
ついては同一符号を付してその説明は省略する。
<Second Embodiment><< Structure of Second Embodiment >> FIG. 5 shows a structure of a second embodiment. Polarization rotating element 3 of this embodiment
0 is 2 as the polarization rotator 3 as in the first embodiment.
In this embodiment, two twisted nematic liquid crystal cells 6A and 6B are used, and a guest-host liquid crystal cell 36 is used as the polarization selector 4 instead of the polarizing film 16.
The same components as those in the first embodiment shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.

【0033】偏光選択部4を構成するゲストホスト液晶
セル36は、第1透明基板31と、第1透明電極32
と、ゲストホスト液晶33と、第2透明電極34と、第
2透明基板35とを順に積層して構成されている。第
1、第2透明基板31、35と、第1、第2透明電極3
2、34とは、前述したツイスティッドネマティック液
晶セル6Aの第1、第2透明基板11A,15Aと、第
1、第2透明電極12A,14Aと同一材料のものを同
一の厚さで積層して構成できる。
The guest host liquid crystal cell 36 constituting the polarization selector 4 includes a first transparent substrate 31 and a first transparent electrode 32.
, A guest-host liquid crystal 33, a second transparent electrode 34, and a second transparent substrate 35 in that order. First and second transparent substrates 31 and 35 and first and second transparent electrodes 3
Reference numerals 2 and 34 denote the same thickness of the same material as the first and second transparent substrates 11A and 15A and the first and second transparent electrodes 12A and 14A of the twisted nematic liquid crystal cell 6A. Can be configured.

【0034】第1透明電極32と第2透明電極34との
間にはスイッチ40、リード線41を介して、交流電源
42が接続されており、ゲストホスト液晶33を駆動制
御するようになっている。
An AC power supply 42 is connected between the first transparent electrode 32 and the second transparent electrode 34 via a switch 40 and a lead wire 41 to drive and control the guest-host liquid crystal 33. I have.

【0035】ゲストホスト液晶33は、光吸収異方性を
もつ2色性色素37がネマティック液晶38に混入され
たものである。2色性色素37としては、様々な色のも
のが使用可能であるが、1種類、または複数種類の2色
性色素の添加により、ゲストホスト液晶33を黒色にす
るのが望ましい。
The guest-host liquid crystal 33 is a liquid crystal in which a dichroic dye 37 having light absorption anisotropy is mixed in a nematic liquid crystal 38. Various colors can be used as the dichroic dye 37, but it is desirable that the guest-host liquid crystal 33 be made black by adding one or more dichroic dyes.

【0036】また、ゲストホスト液晶33の2色性色素
37の最も光を吸収する光学的な方向は、隣接するツイ
スティッドネマティック液晶セル6Bの基板面(液晶分
子20)の分子配列方向に平行、または垂直に配置され
ることが望ましい。
The optical direction in which the dichroic dye 37 of the guest-host liquid crystal 33 absorbs the most light is parallel to the molecular arrangement direction of the substrate surface (liquid crystal molecules 20) of the adjacent twisted nematic liquid crystal cell 6B. Or it is desirable to be arranged vertically.

【0037】なお、偏光選択部4としては、ゲストホス
ト液晶セル36の他に、ニコル(Nicol) プリズム、グラ
ン−トムソン(Glan-Thompson) プリズム、ロション(Roc
hon)プリズム、ウォーラストン(Wollaston) プリズム、
グラン−フーコー(Glan-Foucault) プリズムなども用い
ることができる。
The polarization selecting section 4 includes a guest-host liquid crystal cell 36, a Nicol prism, a Glan-Thompson prism, and a Rochon (Roc) prism.
hon) prism, Wollaston prism,
A Glan-Foucault prism or the like can also be used.

【0038】《第2の実施の形態の構成》図5の構成の
偏光回転素子30において、ゲストホスト液晶セル36
に電圧が印加されていない場合にのみ、偏光回転部3で
回転された入射光2中の不要な偏光成分が2色性色素3
7により吸収される。一方、ゲストホスト液晶セル36
の第1透明電極32と第2透明電極34との間にスイッ
チ40、リード線41を介して交流電源42からの交流
電圧が印加されると、ゲストホスト液晶32中の2色性
色素37とネマティック液晶38の各分子が電圧印加方
向に配向し、ゲストホスト液晶32の光吸収率が低下し
偏光強度が低下する。
<< Configuration of the Second Embodiment >> In the polarization rotator 30 having the configuration of FIG.
Unnecessary polarization components in the incident light 2 rotated by the polarization rotation unit 3 are changed only when no voltage is applied to the dichroic dye 3.
7 to be absorbed. On the other hand, the guest host liquid crystal cell 36
When an AC voltage from an AC power supply 42 is applied between the first transparent electrode 32 and the second transparent electrode 34 via the switch 40 and the lead wire 41, the dichroic dye 37 in the guest host liquid crystal 32 Each molecule of the nematic liquid crystal 38 is oriented in the voltage application direction, the light absorption of the guest-host liquid crystal 32 decreases, and the polarization intensity decreases.

【0039】すなわち、ゲストホスト液晶セル36に十
分な電圧が印加された場合には、偏光回転素子30は偏
光動作を示さなくなる。このように、ゲストホスト液晶
セル36に印加される電圧を制御することにより、偏光
強度を制御することができる。
That is, when a sufficient voltage is applied to the guest-host liquid crystal cell 36, the polarization rotator 30 does not exhibit a polarization operation. As described above, by controlling the voltage applied to the guest-host liquid crystal cell 36, the polarization intensity can be controlled.

【0040】したがって、偏光回転素子30を装着した
撮影装置において、偏光機能が不要になった場合には、
ゲストホスト液晶セル36に電圧を印加しておけば良
く、偏光回転素子30を取り外す必要はない。
Therefore, when the polarization function is no longer necessary in the photographing apparatus equipped with the polarization rotation element 30,
A voltage may be applied to the guest host liquid crystal cell 36, and it is not necessary to remove the polarization rotator 30.

【0041】<第3の実施の形態> 《第3の実施の形態の構成》図6、図7は、第3の実施
の形態の構成を示している。前述した第1、第2の実施
の形態では、スイッチ21A,21Bのオン、オフの組
合せで4通りの偏光回転角を作り出している。これら4
通りの状態のうち、出力光が最大になるのは、1つ乃至
2つである。そこで、この第3の実施の形態では、出力
光強度を最大にする条件を自動的に選択するように構成
したものである。
<Third Embodiment><< Structure of Third Embodiment >> FIGS. 6 and 7 show the structure of the third embodiment. In the first and second embodiments described above, four types of polarization rotation angles are created by turning on and off the switches 21A and 21B. These four
Out of the three states, the maximum output light is one or two. Therefore, in the third embodiment, the condition for maximizing the output light intensity is automatically selected.

【0042】すなわち、図6に示すように、偏光選択部
4から出射された透過光5の一部を透過し他の一部を反
射するビームスプリッタ51と、ビームスプリッタ51
で反射された光の強度を検出する光検出部52と、光検
出部52から出力される光の強度を示す電気信号53に
基づいてスイッチ211 ,212 ,…,21i-1 ,21
i のオン/オフを制御するスイッチ制御信号を生成する
信号制御部54と、を具備し、ツイスティッドネマティ
ック液晶セル61 ,62 ,…,6i-1 ,6i の駆動制御
を自動的に行うようにしたものである。
That is, as shown in FIG. 6, a beam splitter 51 that transmits a part of the transmitted light 5 emitted from the polarization selector 4 and reflects the other part,
In a light detector 52 for detecting the intensity of reflected light, switches 21 1, 21 2 based on the electric signal 53 representing the intensity of light output from the light detector 52, ..., 21 i-1, 21
a signal control unit 54 for generating a switch control signal for controlling the i on / off, comprising a twisted nematic liquid crystal cell 6 1, 6 2, ..., a drive control of the 6 i-1, 6 i automatically It is intended to be performed.

【0043】また、信号制御部54は、図6に示すよう
に、光検出部52から出力される電気信号53をA/D
変換するA/D変換器55と、マイクロコンピュータで
構成され、A/D変換器55から出力されるディジタル
信号(光強度に応じた電気信号53)の大きさを比較し
て最も大きな値をもつスイッチ状態(スイッチ211
212 ,…,21i-1 ,21i のオン/オフの組合わ
せ)を保持する信号比較・保持部56と、スイッチ21
1 ,212 ,…,21i-1 ,21i のオン/オフを制御
する2i 通りのスイッチ制御信号58を生成して出力す
るスイッチ制御部57とから構成されている。
As shown in FIG. 6, the signal control unit 54 converts the electric signal 53 output from the light detection unit 52 into an A / D signal.
An A / D converter 55 for conversion and a microcomputer, which have the largest value by comparing the magnitude of a digital signal (electric signal 53 corresponding to light intensity) output from the A / D converter 55 Switch status (switch 21 1 ,
21 2 ,..., 21 i−1 , 21 i ).
1, 21 2, ..., and a 21 i-1, 21 i on / off generated by the switch control signal 58 of 2 i as to control the output switch controller 57.

【0044】《第3の実施の形態の作用》図6乃至図7
において、信号制御部54のスイッチ制御部57では、
スイッチ211 ,212 ,…,21i-1 ,21i のオン
/オフを制御する2i 通りのスイッチ制御信号58が生
成されてスイッチ211 ,212 ,…,21i-1 ,21
iがオン/オフ制御される。この2i 通りの状態におけ
る透過光5のそれぞれの光強度がビームスプリッタ51
を介して光検出部52で検出される。光検出部52で
は、光電変換がされ、その光強度に応じた電気信号53
は信号制御部54に供給される。信号制御部54の信号
比較・保持部56では、2i 通りの電気信号の大きさを
比較すると共に、最も大きな値をもつスイッチ状態を選
択し、これを保持する。以後、スイッチ制御部57で
は、最も大きな値をもつスイッチ状態による制御を実行
する。
<< Operation of Third Embodiment >> FIGS. 6 and 7
In the switch control unit 57 of the signal control unit 54,
Switch 21 1, 21 2, ..., 21 i-1, 21 i on / off is generated switch control signal 58 of 2 i as to control the switches 21 1, 21 2, ..., 21 i-1, 21
i is on / off controlled. The light intensity of the transmitted light 5 in the 2 i states is equal to the beam splitter 51.
Is detected by the light detection unit 52 via the. In the light detecting section 52, photoelectric conversion is performed, and an electric signal 53 corresponding to the light intensity is obtained.
Is supplied to the signal control unit 54. The signal comparing / holding unit 56 of the signal control unit 54 compares the magnitudes of the 2 i electric signals, selects the switch state having the largest value, and holds the selected switch state. Thereafter, the switch control unit 57 executes control based on the switch state having the largest value.

【0045】このようにこの第3の実施の形態によれ
ば、透過光4の光強度を最大にするようなツイスティッ
ドネマティック液晶セル61 ,62 ,…,6i-1 ,6i
の駆動制御を自動にて行うことができる。
As described above, according to the third embodiment, the twisted nematic liquid crystal cells 6 1 , 6 2 ,..., 6 i−1 , 6 i that maximize the light intensity of the transmitted light 4.
Can be automatically controlled.

【0046】<試作例> 《試作例1》上述した図2に示す第1の実施の形態の作
用・効果を確認するために、図2に示す偏光回転素子1
0を以下のようにして試作した。
<Trial Production Example><< Trial Production Example 1 >> In order to confirm the operation and effect of the above-described first embodiment shown in FIG. 2, the polarization rotator 1 shown in FIG.
0 was prototyped as follows.

【0047】先ず、In2 3 :Snからなる0.07
μm厚の透明電極が付着された1.1mm厚のソーダガ
ラスから成る透明基板の上に、ポリイミド膜(日本合成
ゴム社製、AL−1254、0.05μm厚)を塗布し
た後、レーヨンロールで擦る、いわゆるラビング処理を
することにより、配向膜を作製した。
First, 0.07 of In 2 O 3 : Sn is used.
A polyimide film (AL-1254, manufactured by Nippon Synthetic Rubber Co., Ltd., having a thickness of 0.05 μm) is applied on a transparent substrate made of soda glass having a thickness of 1.1 mm to which a transparent electrode having a thickness of μm is adhered. By rubbing, a so-called rubbing treatment was performed to prepare an alignment film.

【0048】次に、配向膜を塗布した透明電極12を、
球状スペーサを介して張り合わせ、そのギャップの中に
カイラル剤入りのネマティック液晶13A,13B(チ
ッソ社製、JB−4002LA、屈折率異方性Δn=
0.137)を充填した。配向膜のラビング方向を変え
ることにより、捻れ角が45゜、および90゜のツイス
ティッドネマティック液晶セル6A,6Bを試作した。
作製されたツイスティッドネマティック液晶セル6A,
6Bの面積は、10cm×10cmである。ここでは、
ツイスティッドネマティック液晶セル6A,6Bの厚さ
dと入射光の波長λが、モーガン条件(Δn・d>2
λ)を満たし、十分な旋光能が得られるように、厚さd
を10μmとした。
Next, the transparent electrode 12 coated with the alignment film is
Nematic liquid crystals 13A and 13B (Chisso Corporation, JB-4002LA, refractive index anisotropy Δn =
0.137). By changing the rubbing direction of the alignment film, twisted nematic liquid crystal cells 6A and 6B having twist angles of 45 ° and 90 ° were prototyped.
The fabricated twisted nematic liquid crystal cell 6A,
The area of 6B is 10 cm × 10 cm. here,
The thickness d of the twisted nematic liquid crystal cells 6A and 6B and the wavelength λ of the incident light satisfy the Morgan condition (Δn · d> 2).
λ) so that sufficient optical rotation can be obtained.
Was set to 10 μm.

【0049】2枚のツイスティッドネマティック液晶セ
ル6A,6Bと偏光フィルム16(ルケオ社製)とを組
み合わせた偏光回転素子10の偏光フィルム16の光透
過方向を任意の回転角度に固定し、様々な偏光角のHe
−Neレーザ光を入射光2として入射し、その透過光5
の強度を測定した結果を図8に示す。図8において、偏
光角0゜は、He−Neレーザ光の偏光方向と偏光フィ
ルム16の光透過方向が一致している場合である。同図
から次のことが理解できる。
The light transmission direction of the polarizing film 16 of the polarization rotating element 10 in which the two twisted nematic liquid crystal cells 6A and 6B and the polarizing film 16 (manufactured by Luceo) are combined is fixed at an arbitrary rotation angle, and various rotation angles are set. He of polarization angle
-Ne laser light is incident as incident light 2 and its transmitted light 5
FIG. 8 shows the result of measuring the strength of the sample. In FIG. 8, the polarization angle of 0 ° corresponds to the case where the polarization direction of the He—Ne laser beam and the light transmission direction of the polarizing film 16 match. The following can be understood from FIG.

【0050】 0゜〜22.5゜、157.5゜〜1
80゜の範囲では、スイッチ21A,21Bを共にオン
にした場合に最も大きな透過光強度が得られる。
0 ° to 22.5 °, 157.5 ° to 1
In the range of 80 °, the highest transmitted light intensity is obtained when both the switches 21A and 21B are turned on.

【0051】 22.5゜〜67.5゜の範囲では、
スイッチ21A,21Bを共にオフにした場合に最も大
きな透過光強度が得られる。
In the range of 22.5 ° to 67.5 °,
The highest transmitted light intensity is obtained when both the switches 21A and 21B are turned off.

【0052】 67.5゜〜112.5゜の範囲で
は、スイッチ21Aをオン、スイッチ21Bをオフにし
た場合に最も大きな透過光強度が得られる。
In the range of 67.5 ° to 112.5 °, the highest transmitted light intensity is obtained when the switch 21A is turned on and the switch 21B is turned off.

【0053】 112.5゜〜157.5゜の範囲で
は、スイッチ21Aをオフ、スイッチ21Bをオンにし
た場合に最も大きな透過光強度が得られる。
In the range of 112.5 ° to 157.5 °, the highest transmitted light intensity is obtained when the switch 21A is turned off and the switch 21B is turned on.

【0054】 22.5゜、67.5゜、112.5
゜、及び157.5゜では、4種類のスイッチ状態が2
種類に縮退する。最大の透過光強度を示すスイッチ状態
は2つある。22.5゜ではかの状態のいずれか、
67.5゜ではかの状態のいずれか、112.5゜
ではかの状態のいずれか、及び157.5゜では
かの状態のいずれか、どちらを選択しても良い。
22.5 °, 67.5 °, 112.5
15 and 157.5 ゜, the four types of switch states are 2
Degenerate into types. There are two switch states showing the maximum transmitted light intensity. Any of the 22.5 か の states,
Either one of the states at 67.5 °, one of the states at 112.5 °, and one of the states at 157.5 ° may be selected.

【0055】以上の結果は、“この試作された素子が、
任意の偏光角度をもつ直線偏光の85%以上のパワーを
任意のある角度に回転させる能力を有する”ことを示し
ている。
The above results indicate that “this prototype device is
It has the ability to rotate more than 85% of the power of linearly polarized light with any polarization angle to any given angle. "

【0056】ここでは、印加電圧により液晶分子17,
18,19,20を基板に垂直に配向させ、旋光能を残
さないように、10V以上の交流電圧源23A,23B
(周波数1kHz)を用いて、ツイスティッドネマティ
ック液晶6A,6Bを駆動した。図8において、全ての
偏光での光の損失をさらに小さくするには、45゜より
も捻れ角の小さなツイスティッドネマティック液晶セル
(例えば、45゜の半分の22.5゜)を偏光回転部2
に追加すれば良い。
Here, the liquid crystal molecules 17,
AC voltage sources 23A, 23B of 10 V or more so that 18, 19, 20 are oriented perpendicular to the substrate and leave no optical rotation.
(Frequency 1 kHz), the twisted nematic liquid crystals 6A and 6B were driven. In FIG. 8, in order to further reduce the loss of light in all polarizations, a twisted nematic liquid crystal cell having a twist angle smaller than 45 ° (for example, 22.5 ° which is half of 45 °) is used as the polarization rotator 2.
Should be added to

【0057】次に、直線偏光した白色光(λ=400n
m〜680nm)をこの偏光回転素子10に入射した場
合の偏光回転素子10からの出射光強度と入射光の偏光
角度との関係と図9に示す。図9と図8とを比較して理
解されるように、最大値と最小値が図8のようにレーザ
光を入射させた場合と若干異なるほかは殆ど同じ特性を
示した。
Next, a linearly polarized white light (λ = 400n)
FIG. 9 shows the relationship between the intensity of light emitted from the polarization rotator 10 and the angle of polarization of the incident light when (m-680 nm) is incident on the polarization rotator 10. As can be understood by comparing FIGS. 9 and 8, almost the same characteristics were exhibited except that the maximum value and the minimum value were slightly different from those in the case where the laser beam was incident as shown in FIG.

【0058】さらに、赤色光(λ=600〜680n
m)、緑色光(λ=500〜590nm),および青色
光(λ=400〜490nm)の3原色の入射光2を用
いた場合の偏光特性を図10に示す。同図は2枚の液晶
セルの旋光能を重畳し、入射光2の偏波面を135゜回
転した場合(前記の状態、すなわちスイッチ21Aを
オフ、スイッチ21Bをオフの場合)であるが、その波
長依存性は全ての偏光方向で小さい。ツイスティッドネ
マティック液晶セル6A,6Bの旋光能は、他の旋光能
を示す材料に比べて、透過光5の着色が極めて小さく、
広い波長範囲の光の偏光角度を同時に回転させるのに非
常に有利であることが示された。
Further, red light (λ = 600 to 680 n)
m), green light (λ = 500 to 590 nm), and blue light (λ = 400 to 490 nm). The figure shows the case where the optical rotatory power of two liquid crystal cells is superimposed and the plane of polarization of the incident light 2 is rotated by 135 ° (the above-mentioned state, that is, the switch 21A is turned off and the switch 21B is turned off). The wavelength dependence is small in all polarization directions. The optical rotation of the twisted nematic liquid crystal cells 6A and 6B is very small in the color of the transmitted light 5 as compared with other materials exhibiting optical rotation.
It has been shown to be very advantageous to simultaneously rotate the polarization angle of light in a wide wavelength range.

【0059】《試作例2》また、図5に示す第2の実施
の形態の偏光回転素子30を試作した。黒色のゲストホ
スト液晶33(チッソ社製JB−1000XX)を前記
配向膜を用いてホモジニアス配向させ、10μm厚のゲ
ストホスト液晶セル36(面積10cm×10cm)を
形成した。この偏光回転素子30に、様々な偏波面の白
色光を入射させてその光透過率を測定した。その結果、
ゲストホスト液晶セル36の第1透明電極32と第2透
明電極34との間に、交流電圧源42の電圧(10V以
上)をスイッチ40を介して加えることで、素子の偏光
機能を制御できることが確認された。
<< Trial Production Example 2 >> A polarization rotator 30 according to the second embodiment shown in FIG. 5 was prototyped. Black guest-host liquid crystal 33 (JB-1000XX, manufactured by Chisso Corporation) was homogeneously aligned using the alignment film to form a guest-host liquid crystal cell 36 (area 10 cm × 10 cm) having a thickness of 10 μm. White light having various polarization planes was made incident on the polarization rotating element 30, and the light transmittance was measured. as a result,
By applying a voltage (10 V or more) of an AC voltage source 42 between the first transparent electrode 32 and the second transparent electrode 34 of the guest host liquid crystal cell 36 via the switch 40, the polarization function of the element can be controlled. confirmed.

【0060】以上説明したように、各実施の形態によれ
ば、複数のツイスティッドネマティック液晶セル61
i からなる偏光回転部3と偏光選択部4とを積層し、
電圧を制御することで素子の偏光方向を、多様かつ高速
で制御できる偏光回転素子10,30を提供することが
できる。従って、これらの偏光回転素子10,30は、
光通信、光情報処理、光記録あるいは種々の光計測な
ど、幅広い光学用途に応用可能である。
As described above, according to each of the embodiments, a plurality of twisted nematic liquid crystal cells 6 1 to 6 1 .
6 i , a polarization rotating unit 3 and a polarization selecting unit 4 are laminated,
By controlling the voltage, it is possible to provide the polarization rotating elements 10 and 30 that can control the polarization direction of the element in various ways and at high speed. Therefore, these polarization rotating elements 10 and 30
It can be applied to a wide range of optical applications such as optical communication, optical information processing, optical recording, and various optical measurements.

【0061】<変形例>図2、図5に示した各実施の形
態では、偏光回転部3を2枚のツイスティッドネマティ
ック液晶セル6A,6Bで構成したが、捻れ角の小さな
ツイスティッドネマティック液晶セルをさらに1枚乃至
複数枚積層するようにしても良い。このように構成する
ことにより、より一層緻密な偏波面の回転動作を得るこ
とができる。
<Modification> In each of the embodiments shown in FIGS. 2 and 5, the polarization rotator 3 is composed of two twisted nematic liquid crystal cells 6A and 6B, but the twisted nematic liquid crystal having a small twist angle is used. One or more cells may be further stacked. With this configuration, it is possible to obtain a more precise rotation of the polarization plane.

【0062】また、図2、図5に示した各実施の形態で
は、同一の回転方向の捻れ配向をもつツイスティッドネ
マティック液晶セル6A,6Bを用いたが、捻れ配向の
回転方向が異なるツイスティッドネマティック液晶セル
を組み合わせて使用することも可能である。
In each of the embodiments shown in FIGS. 2 and 5, the twisted nematic liquid crystal cells 6A and 6B having the same twist orientation in the rotation direction are used, but the twist directions in the twist orientation are different. It is also possible to use a nematic liquid crystal cell in combination.

【0063】[0063]

【発明の効果】以上説明したように請求項1の発明によ
れば、捻れ配向のネマティック液晶、またはコレステリ
ック液晶を透明電極で挟んだツイスティッドネマティッ
ク液晶セルを複数積層して構成され、入射光の偏波面を
回転して出射する偏光回転部と、この偏光回転部の出射
光を入射して一定方向の直線偏光を選択する偏光板を有
する偏光選択部とを備え、前記偏光回転部と偏光選択部
とを入射光の光軸に垂直な面内で所望の角度に回転さ
せ、かつ個別のツイスティッドネマティック液晶セルを
電圧駆動して偏光選択部からの出力光強度を最大にさ
せ、所望の角度に直線偏波した光を出射するようにした
ので、簡単な装置構成であっても入射光の偏光方向を高
速、かつ多様に制御することができる。
As described above, according to the first aspect of the present invention, a twisted nematic liquid crystal having a twisted orientation or a cholesteric liquid crystal is laminated with a plurality of twisted nematic liquid crystal cells sandwiched between transparent electrodes, and is formed by stacking a plurality of twisted nematic liquid crystal cells. A polarization rotator that rotates the polarization plane and emits the light, and a polarization selector that has a polarizing plate that receives the light emitted from the polarization rotator and selects linearly polarized light in a certain direction, and the polarization rotator and the polarization selector. And the individual twisted nematic liquid crystal cells are driven by voltage to maximize the intensity of the output light from the polarization selector, and the desired angle is obtained. Since the linearly polarized light is emitted, the polarization direction of the incident light can be controlled at high speed and variously even with a simple device configuration.

【0064】請求項2の発明によれば、ツイスティッド
ネマティック液晶セルの基板面の分子配列方向を、隣接
するツイスティッドネマティック液晶セルの基板面の分
子配列方向に平行、または垂直としてので、入射光の偏
波面を効率よく回転することが可能となる。
According to the second aspect of the present invention, the molecular arrangement direction of the substrate surface of the twisted nematic liquid crystal cell is parallel or perpendicular to the molecular arrangement direction of the substrate surface of the adjacent twisted nematic liquid crystal cell. Can be efficiently rotated.

【0065】請求項3の発明によれば、前記ツイスティ
ッドネマティック液晶セルを通過した光が前記偏光選択
部を通過するようにしたので、簡単な装置構成であって
も入射光の偏光方向を高速、かつ多様に制御することが
できる。
According to the third aspect of the present invention, since the light passing through the twisted nematic liquid crystal cell passes through the polarization selecting section, the polarization direction of the incident light can be increased even with a simple device configuration. , And can be variously controlled.

【0066】請求項4の発明によれば、偏光選択部から
出射される直線偏光の一部を光電変換する光検出部と、
前記ツイスティッドネマティック液晶セルへの印加電圧
値を制御し、該印加電圧値に応じて前記光検出部から出
力される電気信号の大きさを比較し、かつ前記偏光選択
部から出射される直線偏光の強度が、最も大きい値をも
つように印加電圧を選択し、これを保持する信号制御部
と、をさらに具備するようにしたので、透過光の光強度
を最大にするような複数のツイスティッドネマティック
液晶セルの駆動制御を自動にて行うことができる請求項
5の発明によれば、偏光選択部は、ニコルプリズム、グ
ラン−トムソンプリズム、ロションプリズム、ウォーラ
ストンプリズム、グラン−フーコープリズム、偏光フィ
ルム、またはゲストホスト液晶セルのいずれかで構成さ
れるようにしたので、簡単な装置構成であっても入射光
の偏光方向を高速、かつ多様に制御することができる。
According to the fourth aspect of the present invention, a photodetector for photoelectrically converting a part of the linearly polarized light emitted from the polarization selector,
The voltage applied to the twisted nematic liquid crystal cell is controlled, the magnitude of an electric signal output from the photodetector is compared according to the applied voltage, and the linearly polarized light emitted from the polarization selector is controlled. And a signal control unit that selects an applied voltage so that the intensity of the transmitted light has the largest value and holds the applied voltage. Therefore, a plurality of twisted units that maximize the light intensity of the transmitted light are provided. According to the invention of claim 5, wherein the driving control of the nematic liquid crystal cell can be automatically performed, the polarization selector includes a Nicol prism, a Gran-Thomson prism, a Rochon prism, a Wollaston prism, a Gran Foucault prism, and a polarized light. Since it is composed of either a film or a guest-host liquid crystal cell, the polarization direction of incident light can be increased even with a simple device configuration. And it can be variously controlled.

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

【図1】本発明に係る偏光回転素子の基本を示す構成図
である。
FIG. 1 is a configuration diagram showing the basics of a polarization rotation element according to the present invention.

【図2】本発明に係る偏光回転素子の第1の実施の形態
を示す構成図である。
FIG. 2 is a configuration diagram showing a first embodiment of the polarization rotation element according to the present invention.

【図3】偏光回転素子における光学的方位の関係を示す
説明図である。
FIG. 3 is an explanatory diagram showing a relationship between optical directions in a polarization rotation element.

【図4】偏光回転部と偏光選択部とを収納する回転機構
の構成を示す説明図である。
FIG. 4 is an explanatory diagram illustrating a configuration of a rotation mechanism that houses a polarization rotation unit and a polarization selection unit.

【図5】本発明に係る偏光回転素子の第2の実施の形態
を示す構成図である。
FIG. 5 is a configuration diagram showing a second embodiment of the polarization rotation element according to the present invention.

【図6】本発明に係る偏光回転素子の第3の実施の形態
を示す構成図である。
FIG. 6 is a configuration diagram showing a third embodiment of the polarization rotation element according to the present invention.

【図7】本発明に係る偏光回転素子の第3の実施の形態
の信号制御部の構成を示すブロック図である。
FIG. 7 is a block diagram illustrating a configuration of a signal control unit of a polarization rotation element according to a third embodiment of the present invention.

【図8】He−Neレーザ光を入射した場合の偏光回転
素子の透過光強度と入射光の偏光角との関係を示す説明
図である。
FIG. 8 is an explanatory diagram showing the relationship between the transmitted light intensity of the polarization rotation element and the polarization angle of incident light when He-Ne laser light is incident.

【図9】白色光を入射した場合の偏光回転素子の透過光
強度と入射光の偏光角との関係を示す説明図である。
FIG. 9 is an explanatory diagram showing a relationship between transmitted light intensity of a polarization rotation element and polarization angle of incident light when white light is incident.

【図10】3原色の入射光を用いた場合の透過光強度と
入射光の偏光角との関係を示す説明図である。
FIG. 10 is an explanatory diagram showing a relationship between transmitted light intensity and polarization angle of incident light when three primary colors of incident light are used.

【図11】従来の偏光回転素子の一例を示す構成図であ
る。
FIG. 11 is a configuration diagram illustrating an example of a conventional polarization rotation element.

【図12】従来の偏光回転素子の他の例を示す構成図で
ある。
FIG. 12 is a configuration diagram showing another example of a conventional polarization rotation element.

【図13】従来の偏光回転素子のさらに他の例を示す構
成図である。
FIG. 13 is a configuration diagram showing still another example of a conventional polarization rotation element.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,10,30 偏光回転素子 2 入射光 3 偏光回転部 4 偏光選択部 5 透過光 61 〜6i ,6A,6B ツイスティッドネマティック
液晶セル 11A,11B,31 第1透明基板 12A,12B,32 第1透明電極 13A,13B 液晶 14A,14B,34 第2透明電極 15A,15B,35 第2透明基板 16 偏光フィルム 17,18,19,20 液晶分子 211 〜21i ,21A,21B,40 スイッチ 22A,22B,41 リード線 231 〜23i ,23A,23B,42 交流電源 35 ゲストホスト液晶 36 ゲストホスト液晶セル 37 2色性色素 38 ネマティック液晶 51 ビームスプリッタ 52 光検出部 54 信号制御部
1,10,30 polarization rotation element 2 incident light 3 polarization rotating unit 4 polarization selecting unit 5 transmitted light 6 1 ~6 i, 6A, 6B twisted nematic liquid crystal cell 11A, 11B, 31 first transparent substrate 12A, 12B, 32 First transparent electrode 13A, 13B Liquid crystal 14A, 14B, 34 Second transparent electrode 15A, 15B, 35 Second transparent substrate 16 Polarizing film 17, 18, 19, 20 Liquid crystal molecules 21 1 to 21 i , 21A, 21B, 40 Switch 22A, 22B, 41 lead wire 23 1 ~23 i, 23A, 23B , 42 AC power supply 35 guest-host liquid crystal 36 guest-host liquid crystal cell 37 dichroic dye 38 a nematic liquid crystal 51 beam splitter 52 optical detector 54 signals the control unit

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 捻れ配向のネマティック液晶、またはコ
レステリック液晶を透明電極で挟んだツイスティッドネ
マティック液晶セルを複数積層して構成され、入射光の
偏波面を回転して出射する偏光回転部と、 この偏光回転部の出射光を入射して一定方向の直線偏光
を選択する偏光板を有する偏光選択部とを備え、 前記偏光回転部と偏光選択部とを入射光の光軸に垂直な
面内で所望の角度に回転させ、かつ個別のツイスティッ
ドネマティック液晶セルを電圧駆動して偏光選択部から
の出力光強度を最大にさせ、所望の角度に直線偏波した
光を出射することを特徴とする偏光回転素子。
1. A polarization rotator configured by laminating a plurality of twisted nematic liquid crystal cells in which a twisted nematic liquid crystal or a cholesteric liquid crystal is sandwiched between transparent electrodes, and rotating a polarization plane of incident light to emit the light. A polarization selector having a polarizing plate for selecting the linearly polarized light in a certain direction by entering the output light of the polarization rotator, wherein the polarization rotator and the polarization selector are arranged in a plane perpendicular to the optical axis of the incident light. Rotating to a desired angle, and voltage driving individual twisted nematic liquid crystal cells to maximize the output light intensity from the polarization selector, and emits linearly polarized light at the desired angle. Polarization rotation element.
【請求項2】 請求項1記載の偏光回転素子において、 前記ツイスティッドネマティック液晶セルの基板面の分
子配列方向は、隣接するツイスティッドネマティック液
晶セルの基板面の分子配列方向に平行、または垂直であ
ることを特徴とする偏光回転素子。
2. The polarization rotator according to claim 1, wherein the molecular arrangement direction of the substrate surface of the twisted nematic liquid crystal cell is parallel or perpendicular to the molecular arrangement direction of the substrate surface of the adjacent twisted nematic liquid crystal cell. A polarization rotation element, comprising:
【請求項3】 請求項1、または2記載の偏光回転素子
において、 前記ツイスティッドネマティック液晶セルを通過した光
が前記偏光選択部を通過することを特徴とする偏光回転
素子。
3. The polarization rotator according to claim 1, wherein the light passing through the twisted nematic liquid crystal cell passes through the polarization selector.
【請求項4】 請求項1、2、または3記載の偏光回転
素子において、 前記偏光選択部から出射される直線偏光の一部を光電変
換する光検出部と、 前記ツイスティッドネマティック液晶セルへの印加電圧
値を制御し、該印加電圧値に応じて前記光検出部から出
力される電気信号の大きさを比較し、かつ前記偏光選択
部から出射される直線偏光の強度が、最も大きい値をも
つように印加電圧を選択し、これを保持する信号制御部
と、をさらに具備することにより、 前記偏光選択部の出力光強度を最大にすることを特徴と
する偏光回転素子。
4. The polarization rotator according to claim 1, 2 or 3, further comprising: a photodetector for photoelectrically converting a part of the linearly polarized light emitted from the polarization selector; and a light detector for the twisted nematic liquid crystal cell. Controlling the applied voltage value, comparing the magnitude of the electric signal output from the light detection unit according to the applied voltage value, and the intensity of the linearly polarized light emitted from the polarization selection unit is the largest value. And a signal controller for selecting an applied voltage and holding the voltage, thereby maximizing the output light intensity of the polarization selector.
【請求項5】 請求項1、2、3、または4記載の偏光
回転素子において、 前記偏光選択部は、ニコル(Nicol) プリズム、グラン−
トムソン(Glan-Thompson) プリズム、ロション(Rochon)
プリズム、ウォーラストン(Wollaston) プリズム、グラ
ン−フーコー(Glan-Foucault) プリズム、偏光フィル
ム、またはゲストホスト液晶セルのいずれかで構成され
ることを特徴とする偏光回転素子。
5. The polarization rotator according to claim 1, wherein the polarization selector comprises a Nicol prism, a Gran-polarizer.
Glan-Thompson Prism, Rochon
A polarization rotator comprising a prism, a Wollaston prism, a Glan-Foucault prism, a polarizing film, or a guest-host liquid crystal cell.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2008186020A (en) * 2008-02-08 2008-08-14 Olympus Corp Image display apparatus
WO2018034211A1 (en) 2016-08-18 2018-02-22 Sony Corporation Imaging device and imaging method

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