JPH11514109A - 光束の強度変調のための装置及びその製造方法及び光束の強度変調のための方法及び該装置の使用法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 光束（１２）の最小強度の成分が変調器の出力部から射出される第１の状態と、該光束の最大強度の成分が変調器の出力部から射出される第２の状態との２つの状態の間において制御信号（５４）により制御可能な変調器（５０）の入力部から入射する光束（１２）の強度変調を行うための装置（１４）において、装置（１４）は、変調器（５０，５０'，５０"）の内の特定の１個から射出される光束が、光の進行方向において該変調器に連続して配置される別の変調器（５０'，５０"）の入力部に入射するように配置された複数の前記変調器（５０，５０'，５０"）を有し、該装置によって強度変調された光束（１６）は連続して配置された前記変調器の内の最後の変調器（５０）から取り出され、該装置（１４）による変調は個々の変調器（５０）の消光と比較して向上している。

Description

【発明の詳細な説明】 光束の強度変調のための装置及びその製造方法及び光束の強度変調のための方法 及び該装置の使用法 本発明は制御信号により２つの状態の間にて制御可能な変調器の入力部から入 射する光束の強度変調を行うための装置に関する。２つの状態の内の第１の状態 においては光束の最も強度の小さい成分のみが該変調器の出力部から射出され、 第２の状態においては光束の最も強度の大きい成分が変調器の出力部から射出さ れる。本発明は更に変調器により光束の強度変調を行うための方法に関する。こ こで光束は変調器の入力部から導入され、変調器は制御信号により２つの状態の 間にて制御され、第１の状態においては光束の最も強度の小さい成分が変調器の 出力部から射出され、第２の状態においては光束の最も強度の大きい成分が変調 器の出力部から射出される。 本発明は更に当該装置の使用法に関する。 光束の強度変調器は公知のものである。その概要は例えばヴェルナーフルスブ ッシュ（Werner Hulsbusch）により著された「印刷業界におけるレーザ」（"Ｔh e laser in the Ｐrinting Ｉndustry"）(“Ｄer Ｌaser in Ｄer Ｄruckindust rie"，Ｖerlag Ｗerner Ｈulsbusch,Ｃonstance,1990)の９１頁に示されている 。ここに記述されているように、電気光学変調、音響光学変調、熱光学変調、磁 気光学変調、光光学変調、または光熱変調などを用いることが可能である。更に 、ひも状導波管を有する変調器がドイツ特許出願公開第ＤＥ１９５０３９３１Ａ 1 号に開示されている。ここでは半導体材料内に自由電荷キャリヤを注入するか または欠乏させることにより有効屈折率を変化させることにより変調が実現され る。この変調の効果はファブリー−ペロー干渉計のように構成することにより増 大させることが可能である。 更に電気光学的、音響光学的、熱光学的、磁気光学的、光光学的、及び光熱的 なカットオフ変調（cut-off modulation）が公知である。ここでもカットオフ変 調を行うために半導体材料内への自由電荷キャリアの注入、欠乏による有効屈折 率の変化を利用することが可能である。更に、制御可能な導波管増幅、制御可能 な偏光回転、導波管モード変換や電気吸収変調（electro absorption modulatio n）を用いて光束の強度変調を行うことが可能である。 こうした手段の中で最も重要なものはロッド形状の固体におけるポッケルス効 果を利用した強度変調器である。この効果によれば、強度変調は、制御可能な外 部電場をこれよりも光の進行方向の下流に配置された偏光の検光子と組み合わせ て行われる偏光変調に基いたものである。ポッケルス効果により、直線偏光した 入射光線の振動面は形成された電場の強さに応じて回転する。 ポッケルス効果は電圧による電気的な制御が可能であり、これによりスイッチ ング時間が短縮されるため特に有利である。しかし、こうした形式の変調器にお いては、必要な電場の強さを得るために非常に高い電圧が必要とされ、この駆動 電圧を発生させるには一定のコストがかかる。こうした理由により、他の偏光子 がしばしば用いられる。 上述の変調器は限られたスペクトル領域において作動する。したがって導入部 で述べた光束とは、変調器により予め決定されるスペクトル領域内の波長領域の 光を常に意味する。 高い周波数での変調がレーザによるビデオ画像の形成において特に必要とされ る。このビデオ技術はかなり以前から知られており、例えば１９６８年１２月発 行のＩＥＥＥスペクトラム（ＩＥＥＥspectrum）誌の４７〜４９頁に掲載された ベーカー（Ｅ.Ｂaker）による「レーザディスプレイ技術」（Ｌaser Ｄisplay Ｔechnology）に記述されている。ここでは、レーザ光線を画面上でラスター走 査することによりビデオ画像が形成される。ここで行われる偏向はテレビの陰極 線管における画像表示と似たものであるが、この場合には電子ビームに対して使 用されるような磁気偏向コイルや静電偏向プレートは用いらない。この場合、使 用されるレーザ光線はミラーの機械的角度変更や、音響光学的偏向によってラス ターパターンに 走査される。したがって公知のテレビ画像と同様にビデオ画像の全ての画像点は 連続的にスクリーン上に照射される。これを行うため、走査が行われる前に、例 として上述の変調器の内のいずれかを使用し、ビデオ画像の表示に必要な強度に 応じて、全ての画像点に対して光の伝播方向に光束の強度を制御する。 しかし、こうした形式の変調器では、暗い状態において常に光の一部が通過し てしまうため非常に不利である。眼のほぼ対数的な感受性により、観測者によっ て画面上に残る画像点の微妙な明るさも視覚的に感知されるため、これは特に暗 いビデオ画像において目障りな効果をもたらす。この難点は特に、非常に明るい 星が夜空にディスプレイされるプラネタリウムの用途において目障りなかたちで 顕在化する。 こうした光の低減に関しては、レーザビデオ技術が最初に公表されて以来、技 術は進歩を遂げてきた。その一例として偏光変調器内の偏光材料、変調器の寸法 、及び偏光箔（Polarization foil）や偏光プリズムといった偏光要素は最適化 されてきた。更にポッケルスセルも改良され、強度変調を行ううえで必要とされ る変調電圧は低くなった。更にこうした場合に用いられる偏光フィルターについ ても非常に限られた振動方向の光のみを透過するような改良がなされてきた。 しかし、偏光子や検光子の調整後においても、偏光子や検光子の品質に依存す るレーザ出力の減衰は、例えばグラン‐トムソンプリズム（Ｇlan-ＴhompsonＰr ism）を使用した場合には１：２５，０００であることが実験によって示されて いる。これはビデオ用途に対しては非常に高い値である。この比の値は偏光子と 検光子との間において電気光学偏光変調器を使用することにより更に増大する。 この悪化は、変調材料の劣悪な品質、特に結晶の欠陥によるものであるが、主と して散乱光と電気光学的な活性を有する材料に対する偏光子の偏光面の位置のわ ずかな誤調整とに起因する他の決定因子もこの悪化の原因として考えられる。集 中的な開発努力にも関わらず、強度調整を行うために電気光学偏光変調器を偏光 要素と組み合わせた使用によって得られる消光値（extinction value）(最大透 過強度に対する最小透過強度の比の値)は約１：５００程度でしかない。このコ ン トラストの比は上述のビデオ投射装置、特にフライトシミュレータやプラネタリ ウムといったシミュレーション目的においては不十分な値である。 例として、強度変調器は、プラネタリウムにおいて大出力で作動するレーザ光 源が使用される場合にも光束の強度を充分に減衰し、投射空間において完全な暗 さが得られなければならない。これは、以前には機械的に作動する隔壁によって のみ充分な程度で行うことが可能であったが、数メガヘルツ以上の周波数のビデ オ画像に対しては遅すぎるものである。液晶マトリクスのような、非機械式の、 フィールド制御される強度変調器も、光が遮断されなければならない状態におい てかなりの量の光を透過し、投射面が完全には暗く見えないために使用可能では ない。 本発明の目的は光束の強度変調を行うための方法、その方法を実施するための 装置、及び該装置の製造方法を提供することにあり、これにより、特に数メガヘ ルツの周波数に対して、暗／明強度比が大幅に向上される。 この目的は上に述べられた形式の装置に基いて達成される。この装置は２個以 上の変調器を備え、変調器の内の１個から射出される光束は光の伝播方向におい て該変調器の隣に配置される別の変調器の入力部に導入される。この装置によっ て強度変調された光束は配置された一連の変調器の内の最後の変調器から取り出 され、装置による消光は個々の変調器による消光と比較して大幅に向上している 。この装置の一製造方法においては、従来技術において公知の変調器の後方に少 なくとも１個の更なる変調器が配置され、第１の変調器から射出される光束は更 なる変調器の入力部に入射する。強度変調され、取り出された光束の装置による 消光は、個々の変調器による消光に対して大幅に向上している。 この装置により光束の強度変調を行うための、本発明に基づいた方法を実施す ることが可能である。この装置においては強度変調を行うための２個以上の変調 器が光の伝播方向に直列に配置され、変調器の内の１個から射出される光束は光 の伝播方向に配置される別の変調器の入力部に導入される。この装置によって強 度変調された光束は配置された一連の変調器の内の最後の変調器から取り出 され、装置による消光は個々の変調器による消光と比較して向上している。 この目的は当業者の観点から見て、公知の変調器の個々の構成要素を改良する か、消光率の大幅な向上につながるように公知の変調器から適当な変調器を選択 することによって達成されるものと考えられる。これは、更に正確な光学要素や 、例えば散乱光が低減されるような新規な構成を含んでいる可能性も考えられる が、こうした解決法は構成要素に対して要求される品質の観点から見て、公知の 変調器と比較してコストが大幅に嵩むことが考えられる。 これに対し、本発明の解決策は全く異なるアプローチを取っており、例えば、 消光値の非常に低い、非常に簡単な構成の変調器を光の伝播方向に配列して使用 することも可能である。本発明のこうした変調器の直列配置により、１個の変調 器からの光は次の変調器によって原理的に更に減衰される。すなわち適当な制御 信号により非常に高い消光値を得ることが可能である。この消光値は直列に配置 された個々の変調器の消光の積として与えられる。ただし、この近似は直列に配 置された変調器のスペクトル領域が全て同じであるとの仮定に基づいたものであ る。しかし、１つの光束の波長スペクトルに合わせて調整された、透過スペクト ルの範囲が異なる複数の変調器においては、このような積の法則は個々の変調器 のスペクトルの透過範囲に基づいて修正されなければならない。 こうした考察に基けば、これらの変調器を操作する個々の制御信号による制御 は複雑なものであると考えられる。すなわち、透過される光の最大強度を光の最 小強度の状態に制御する場合、全ての変調器は光の最大強度の成分を透過するよ うに調整され、個々の変調器は強度を小さくするための操作が行われる間におい て交互に透過率最大の状態（blanked）または透過率最小の状態に制御される（b lacked-out）というものである。しかし、予測されなかったことではあるが、本 発明に基づいた装置は、制御信号を同時に変化させることにより全ての変調器が 最大出力の状態から最小出力の状態に移行させられる場合、高い消光値にて作動 し得ることが明らかとなった。 消光値が高いという利点に加えて、ポッケルスセルには更なる利点も存在する 。 既に述べられたように、ポッケルスセルの大きな難点として高い作動電圧を必要 とするという点がある。本発明に基づいて実現される改良された消光においては 、より小さい消光の個々のセルを制御するうえで用いられる大幅に低い制御電圧 で、充分に好ましい消光にてポッケルスセルを作動させることが可能である。こ こで直列配置されるポッケルスセルは、例として、制御信号の値がゼロの時に光 の最大強度の成分が取り出され、制御信号の値を増大させることにより最小強度 の成分に向けて光が暗くなるように配置することが可能である。光が暗くなるの はポッケルスセルの数量によって与えられる特定の電圧の値においてであり、小 さい消光を得るために必要な電圧は個々のポッケルスセルにおいて必要とされる 電圧と比較して大幅に小さい。例として、１７個のポッケルスセルを直列に配置 し、約半分の電圧にて半分の強度に作動させた場合、１：１００，０００よりも 大きい消光値が得られる。すなわち、従来技術において公知の変調器の消光値よ りも大幅に小さい消光値が、より小さい作動電圧にて得られ、直列に配置された ポッケルスセルにおいてそれほど質の高くない安価な材料を使用することが可能 である。更にｎ番目の変調器の消光が１：２ⁿであるような構成によりデジタル 変調を行うことも可能であり、故障や干渉に対して非常に強い変調が可能である 。 ポッケルスセルを例にとって上に説明したように、制御信号の信号強度がゼロ である時の強度透過率が１００％であることにより幾つかの利点が得られる。し かし本発明の有利な更なる構成においては、全ての変調器に対して制御信号の強 度がゼロである時に第１の状態が調整されることが必要である。 これにより、制御信号において、実現可能な消光値の劣悪化につながるノイズ 、リプル電圧、またはこれに類する干渉が低減される。こういった信号の干渉は 電子的に除去することも可能であるが、これは通常、制御電圧の周波数依存性に 対する好ましくない影響を伴う。 次に示す本発明の更なる構成は偏光の変化に基づいて作動する変調器に関する 。本発明のこうした更なる構成の内、第１の構成は、全ての変調器が、制御信号 によって制御可能であり、かつ該制御信号に応じて互いに異なりかつ互いに直交 する偏光状態を有する２つの強度成分に光束を分割する素子と、変調器の出力部 に配置され、互いに直交するこれらの偏向状態の内の一方の状態を有する光束の 成分のみを透過するフィルターとを有することと、この素子と、連続して配置さ れた変調器の特定の１個に備えられたフィルターとが、該装置及びフィルターに よって与えられる、次に配置された変調器の偏向状態に対して直交する偏向状態 にある光束を透過させるために前記第１の状態に配置されることとを特徴とする 。 このことは、光が全く透過されない第１の状態を調整する際に、光束の強度の 最大値が大幅に影響されることなく、装置の出力部において特に低い暗い値が得 られるように個々の変調器の偏光フィルターが互いに対して常に調整されるとい う利点を有する。この構成を更なる利点を説明するための一実施例に基づいて以 下に更に詳細に記述する。 特に、本発明の目的に関連して述べた大きな周波数を得るためには、本発明の 別の好ましい一実施例に基づけば、前記素子はポッケルスセルであることが有利 である。 しかし本発明はまた、音響光学変調器と共に用いることも可能である。本発明 の更なる好ましい一実施例は、変調器のそれぞれが、光束を制御信号の関数とし て２つの異なる回折次数の強度成分に分割するために光を回折させるように該信 号により制御可能な素子と、変調器の出力部に配置され、光束の異なる回折次数 の成分の内の一方の成分のみを透過させる隔壁とを有することと、信号の強度が ゼロである場合において、特定の変調器の隔壁が次に配置された変調器の隔壁の 開口を遮蔽することにより光が視覚的に感知されなくなることとを特徴とする。 この更なる構成に基づいた、光路上に互いに前後に配置された隔壁により、各 隔壁において発生し得る散乱光あるいは回折光は、視覚的に感知されることを防 止することによって効果的に遮断され、散乱光成分の低減により非常に良い消光 値が有利に実現される。ドイツ特許出願公開第ＤＥ１９５０３９３１Ａ1 号に開 示される、ひも状導波管を有する変調器を使用する場合には、互いに前後に接続 された複数の変調器を有する集積化された光学要素として装置全体を１個の基板 上に形成することが可能である。したがって、本発明の更なる有利な一構成によ り、複数の集積化された光学変調器を同一の基板上に互いに前後に接続すること により、集積化された光学要素を用いて装置を構成することが可能である。 次に示される本発明の更なる構成は、全ての変調器に対して制御信号が同じで あり得るように直列接続された変調器の作動を容易にすることに関する。全ての 変調器に対して作動または制御信号が電圧であるような本発明の更なる有利な一 構成は、制御信号を伝送するための導線の全てが装置に特定の作動電圧を供給す るために並列接続されることを特徴とする。偏光方向のファラデー回転に基づい て作動し、したがって磁場によって作動する変調器の場合においては、制御信号 は通常、電磁コイルに作用する電流である。本発明において使用されるこうした 構成の変調器により、本発明の更なる有利な一構成において、制御信号は電流で あり、全ての変調器の駆動部または制御部は直列接続されることが可能である。 高い消光値が実現可能であるために、上述の構成を有する装置は特にビデオ投 射システムにおける使用に適当である。こうしたビデオ投射システムにおいては 、変調された光束がラスターパターンに２次元に偏向されてビデオ画像を表示す るためにスクリーンに照射され、装置の制御信号はこのラスター走査偏向に同期 したビデオ信号である。 プラネタリウムにおいては暗い夜の背景に対して全ての星が投射されるため、 上記の構成は特に使用されるビデオ投射システムがプラネタリウムである場合に 特に有利である。しかし、この場合のように極端な明るさと暗さが必要とされる 例に加えて、日中と同様、夜空及び照明された都市が充分な現実感にて表示され なければならないフライトシミュレータにおいても非常な利点が得られる。 本発明の原理を付属の図面に示された実施例に基づいて更に詳細に説明する。 図１は、本発明が好ましく用いられているビデオシステムを示す概略図。 図２は、本発明に基づく原理を説明する概略図。 図３は、音響光学変調器の動作機序を示す概略図。 図４は、音響光学変調器に基づいた、本発明に基づく装置の一実施例を示す概 略図。 図５は、ポッケルスセルの動作機序を示す概略図。 図６は、変調器としてポッケルスセルを用いた別の有利な一実施形態を示す概 略図。 図１には、ビデオ装置、プラネタリウム、フライトシミュレータなどにおいて ビデオ画像を表示するうえで使用することが可能であるレーザ投射装置が示され ている。これらの全ての用途においては、例えばプラネタリウムの場合には、全 ての星が暗い夜空の上に表示されるため、明るい部分と暗い部分との間において 非常に高いコントラストが提供されていることが望ましく、場合によっては必要 とされる。したがって本発明に基づく装置は図１の投射装置において特に有利に 使用される。 図１の投射装置はカラー画像表示のために構成されたものである。３基のレー ザ装置１０、２０、３０が３原色に対応した３本の光束１２、２２、３２を合成 するために配置され、ビデオ画像の画像点を形成するうえで適当な波長の光を放 射する。図１に示された実施形態では、レーザ装置１０、２０、３０は静的に動 作するガスレーザであり、レーザ装置から発生される光束１２、２２、３２は適 当な装置１４、２４、３４によって変調される。光束１６、２６、３６のそれぞ れの強度、ひいては画像点の輝度及び色調はこれらの装置１４、２４、３４によ って制御される。すなわちこの場合、上で述べた好ましい消光が実現されており 、これについて図２〜６に基づいて更に詳細に説明する。 装置１４、２４、３４から射出された後、光束１６、２６、３６はミラーシス テム３８によって合成され、更なるシステムを伝播する全光束４０を形成する。 示された実施形態では、全光束４０はポリゴンミラー４１と旋回ミラー４２と を含む偏向装置によってスクリーン４３上に２次元に偏向され、形成されるビデ オ画像の個々の画像点が連続的に照射される。スクリーン４３は従来のビデオ画 像を表示するために平面状に形成することも可能であるが、プラネタリウムやフ ライトシミュレータにおいては湾曲して形成されることが好ましい。 上述されたようなレーザ投射器において使用されるラスター操作技術は陰極線 管を備えたテレビにおいて公知である。しかし、この場合に使用されている技術 は、ビデオ画像の画像点を形成するうえで電子ビームの替わりに光束４０が使用 され、陰極線管において一般的に使用されている磁場偏向がポリゴンミラー４１ 及び旋回ミラー４２による機械的ラスター走査に置き換えられている点において 陰極線管における技術とは異なる。しかし、ラスター走査はここに述べられた機 械的装置に限定されるものではない。例としてこれを音響光学的に行うことも可 能である。 光束１６、２６、３６の強度または輝度、すなわち示されたカラービデオシス テムの場合における、スクリーン４３上に走査される個々の画像点の色相は、本 発明に基づく装置１４、２４、３４による光束１２、２２、３２の変調、入力側 から導入されるビデオ信号に応じて作動する駆動装置４４、及び偏向装置におい て発生する同期信号により制御される。 暗さスイッチングと明るさスイッチングとの間において実現されるべき低い消 光は図２の装置１４によって得られる。原理を説明するために、図１に示された 装置１４、２４、３４の内、装置１４の内部構造を例として示した。光束１２は 入力部より導入され、変調された光束は光束１６として出力部１６から取り出さ れる。この変調は、光の伝播方向に互いに前後に直列に配置された複数の変調器 ５０及び５０'によって行われる。図２の実施例においては、例として最初の変 調器５０及び最後の変調器５０'の２個が示されている。変調器５０による消光 が低い値である場合、一般的に２個の変調器を前後に配置すれば充分である。す なわち変調器５０から射出される光束５２は変調器５０'の入力部に直接入射す る。 変調器５０及び５０'のそれぞれに対して制御信号入力部５４及び５４'を介し て信号が作用し、光束１６の強度が制御される。最初の変調器５０が暗い状態に ある場合においても、変調器５０内の材料の欠陥や変調器５０内における散乱光 などのため、光束５２は比較的大きな光強度を有する場合がある。したがって暗 い状態にある場合、変調器５０'により光束５２の強度は更に減衰され、光束５ ２の成分の更なる低減により光束１６において得られる消光は、１個の変調器５ ０のみが使用された場合に得られる消光と比較して大幅に向上している。変調器 ５０及び５０'の制御信号は互いに異なるように選択することが可能である。例 として最初の変調器５０は入力部５４において制御信号の値がゼロである場合に 透過率が最小となり、最後の変調器５０'は、例えば入力部５４'において制御信 号が最大である場合に暗い状態となるように選択することが可能である。 このことは変調器５０及び５０'を動作させるうえで必然的に考慮されなけれ ばならない。しかし実際の使用に際しては暗い状態を調整するためには、全変調 器の信号が同じ値を有することが最も好ましいことが示されている。この理由は 、これにより全ての変調器が同じ構成のものである場合、破線５６にて示される ように制御信号のために簡単な並列回路を構成することが可能となるためである 。特に制御信号入力部５４における信号は、入力部５４及び５４'において制御 信号の値がゼロに設定された場合、変調器５０及び５０'による光の透過量が最 小となるように選択されなければならないことが示されている。経験的に示され るように、リプル電圧またはノイズ電圧もまた信号がゼロである場合に最小であ るため、こうした干渉電圧により透過可能である光の成分は可能な範囲で最小と なるという利点が得られ、光束１２から光束１６を生成するための制御信号をフ ィルターにかけて選択的に強めるために更なるコストをかけることなく可能な範 囲で最大の消光を得ることが可能である。 以上の記述は変調器５０及び５０'の電圧制御に関したものである。しかし、 例えば偏光方向をファラデー回転させるための磁場を形成する際のように電流を 使用して変調器５０及び５０'を制御する場合、変調器５０及び５０'の制御コイ ルのは適切に直列接続されなければならない。すなわち、全ての変調器は明るい 状態と暗い状態に同じ電流により制御され、上の記載と同様、変調器５０及び５ ０'の暗い状態は変調器の構成、配置に基づき電流がゼロの状態に対して設定さ れる。異なる偏光において動作する、上に述べたような変調器の構成及び配置を 図６に更に詳細に示された実施例に基づきより明らかにする。 図２の実施例に示された変調器は集積化された光学要素により構成することが 可能である。図２の装置は、変調器５０、５０'の全て（及び場合によっては更 なる変調器）が独立した基板上に集積化されている場合、特に高い生産性と経済 効率にて製造することが可能である。 しかし、ここでは図３及び図４に基づき音響光学の原理を利用して、いかにこ れらの変調器が実現されるかについて述べる。図３には例として、ブラッグセル を備えた変調器が示されている。ブラッグセルは、音響光学効果を得るうえで適 当な透明な材料６０を有し、音波は圧電素子のような電圧圧力変換素子６２によ り透明材料６０に作用する。音波は反対側に配置された音波吸収子６３において 消失する。この音波により透明材料６０内において局所的に屈折率の変化が生じ る。これにより、ブラッグ角θ_Bにて入射する光束１２は透明材料６０内におい て回折する。透明材料６０の表面には光の入射、射出のために反射率の高いコー ティング６４が施されている。 例えば音波の特定の周波数においては、光束１２がゼロ次の光線として透明材 料６０を透過するだけでなく、より高次の回折光である第２の光線５２が偏向さ れる。より高次の回折光である光線５２の強度は圧電素子６２の変調電圧の大き さにほぼ依存するのに対し、偏向角は周波数によって決定される。この圧電素子 ６２が発生する音響光学波の振幅が大きいほど、光線５２の光成分は大きくなる 。図３から更に見て取れるように、入射光線１２または回折光の光線５２の、音 波吸収子６３における反射などによる散乱光も考慮されなければならず、その場 合、入力部５４における電圧が０ボルトであっても、回折光線５２の伝播方向に おける強度がゼロになるとは必ずしも限らない。 消光率を向上させるために、上に述べたような音響光学変調器を図２のように 互いに前後に配置する。図４は音響光学変調に基づいて構成された装置１４によ って原理を示すためのものである。これについては図２に基づいて更に詳細に説 明する。装置は音響光学変調器５０、５０'、５０"に適当な材料６０から形成さ れる。 図４の構成においては、変調器５０、５０'、５０"が作動していない場合、射 出される光線１６は図３の実施例の場合よりも大幅に暗く、消光率は大幅に向上 している。主としてこれは図中に示された隔壁６７、６７'、６７"が互いにずれ て配置され、光の直接的な通過量が減少していることによるものである。 図５には異なる偏光方向に基づいて行われる強度変調がポッケルスセルの原理 に基づいてより詳細に示されている。偏光の変化に基づいた変調器は音響光学変 調器と比較して、入射光線と実質的に同じ強度が射出される光線においても得ら れるという利点が得られる。これに対して音響光学の原理では異なる回折を生じ る構成において強度要素は常に考慮されなければならない。 図５には異なる偏光方向が円と縦線とにて示されている。光源１０から放射さ れた光束１２は最初に偏光器７１に入射し特定の偏光方向に調整される。しかし この偏光器は、図１に示されたレーザ装置１０から射出された光束１２が予め偏 光している場合には省略することが可能である。このことは図１の実施例にも当 てはまることであるが、この実施例においては偏光フィルター７１としてグラン ‐トムソンプリズムが使用され、光束１３が電気光学的な活性を有する材料７３ の端面７２に入射する際に可能な範囲で最良の偏光が得られる。 電極７４及び７５は公知の方法にて材料７３の表面上に配置される。電極７４ と電極７５との間に形成される電場のため、異なる円偏光状態を有する光が互い に対して異なる速度にて電気光学材料７３を伝播するようにして材料７３内にお いて入射光束の位相変調が行われる。異なる偏光状態を有するこうした部分的光 束の異なる位相速度のため、電極７５及び７６における電圧がゼロではない場合 に偏光方向が変化した光束７７が端面７６から射出される。 変調器５０において電気光学な活性を有する材料７３の後方に偏光子として更 なる偏光フィルター７９が配置されるが、この実施例においてはやはりグラン‐ トムソンプリズムが用いられている。この検光子により特定の偏光方向の成分の みが取り出されるため、変調器５０から射出される光束１６は電極７４及び７５ の電圧に応じて異なる強度を有する。２個の偏光フィルター７１及び７９は互い に直交する方向に作用するように配置されるため、電極７４及び７５における電 圧がゼロである場合には光束１６の光強度は最小となる。電気光学的な活性を有 する材料７３に対する偏光子７１及び７９の配置が最適である場合においても、 光束１６は材料７３及び／または偏光子７１、７９の欠陥により小さい強度を有 する。消光値の値として５００を得るような場合でも比較的高品質のシステムが 要求される。特に光束１３の光成分に対しては散乱光の寄与もあり、入射光束１ ２の拡散性が大きくなるほどこの成分も増大する。 図６には２個の上で述べたようなポッケルスセルが、図２を参照して詳述され た原理に基づいて互いに前後に配置された実施例が示されている。したがって相 同要素に対しては同じ参照番号を用いたが、第２の変調器５０'においては参照 番号に区別のためアポストロフィを付与した。 図６に示された実施例から、この場合２個の変調器５０及び５０'がただ単に 前後に配置されているだけでなく、入射光線に対して異なる射出光線の偏光方向 が利用されていることが明らかである。これにより２個の変調器５０と５０'と の間にグラン‐トムソンプリズム７９を１個配置するだけでよい。更に電気光学 材料７３'の偏光方向は第１の変調器５０の材料７３の偏光方向に対して直交す る方向であり、入力部７４、７５、７４'、７５'、５４、５４'における電圧が ゼロである時、構成要素７３、７９、８０、７３'、７９は全て装置１４の出力 部に光が直接伝播することを妨げるように作用し、光成分の微小量の寄与により 光束１６の強度は非常に小さくなる。 最大の光強度は２個の変調器５０、５０'のそれぞれに透過率が最大となるよ うな適当な電圧を印加することで得ることが可能である。これらの偏光変調器に 印加される電圧の一方または両方を変化させることにより中間的な値を調整する ことが可能である。 図６の装置の説明のため図１の実施例に示される装置の測定値を表Ｉ及び表Ｉ Ｉに示した。表中で、電極７４と７５との間の電圧、電極７４'と７５'との間の 電圧に応じた光束１６の出力を示した。表Ｉの測定値では電極７４'と７５'との 間の電圧を０ボルトに維持したのに対し、表ＩＩの測定値では電極７４と７５と の間の電圧を特定の値（２５０ボルト）に設定した。表Ｉに基づけばこの設定値 において光束１６の出力は最大となる。表Ｉの電極７４及び７５の電圧０ボルト 及び２５０ボルトにおける測定値の差から変調器５０の消光として１：１，３８ ０という値が読み取れる。表ＩＩには消光の値として１，３８０：４４８０００ という値が示されているが、この値は第２の変調器５０'における１：３２５と いう消光の値を示す。変調器５０及び５０'による消光が異なるのは主として以 下の理由によるものである。第１に、個々の変調器が固有の特性を有すること。 第２に、第１の変調器５０及び第２の変調器５０'において電圧が変化する間に 異なる度合いの偏光が行われること。第３に、散乱光の影響は変調器５０、５０ '内の異なる光路に応じて異なることである。なかでも表Ｉ、表ＩＩより従来に おいては実現不能であった１：４４８，０００という全体の消光が可能であるこ とが明らかである。更に最小強度を与える電極７４、７５及び電極７４'、７５' における電圧は同じ値である。これにより図６に示された装置１４において電気 光学的な活性を有する材料７３及び７３'を並列接続することが可能である。 この場合に実現される１：４４８，０００という消光は従来の変調器５０によ れば実現不能な値である。特に、中間に配置される要素７１、８０、７９の品質 が図６の実施例におけるものより低い場合においても、実施例における消光より は小さい値であるものの極めて良い消光が得られることが示されている。 消光を更に向上させるために更なる変調器を接続することも可能である。この ことは、良好な消光を実現するうえで低品質の構成要素を使用することも可能で あることを意味する。これにより全体として最適化が適当に行われれば、更なる 変調器が使用された場合でも光束の変調を行うために必要なコストは大幅に減少 する。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 制御信号（５４）により２つの状態の間にて制御可能な変調器（５０）の 入力部から入射する光束（１２）の強度変調を行うための装置（１４）であって 、第１の状態においては変調器の出力部から光束（１２）の最小強度の成分が射 出され、第２の状態においては変調器の出力部から光束の最大強度の成分が射出 される装置において、 装置（１４）は、複数の変調器（５０、５０'、５０"）であって、該変調 器の内の１個から射出される光束はこれに連続して配置される別の１個の変調器 の入力部に入射するように配置された前記複数の変調器（５０、５０'、５０"） を有し、該装置により強度変調される光束（１６）が、連続して配置された前記 複数の変調器の内の最後の変調器（５０）から取り出され、該装置（１４）によ る消光は個々の変調器（５０）による消光と比較して向上していることを特徴と する装置。 ２． 前記第１の状態は変調器の全て（５０、５０'、５０"）において前記制御 信号の強度がゼロである時に調整されることを特徴とする請求項１に記載の装置 （１４）。 ３． 変調器（５０、５０'、５０"）のそれぞれが、制御信号により制御可能で あって該制御信号に応じて光束（１２）を互いに異なる偏光状態を有しかつ互い に対して直交する２つの強度成分に分割する素子（７３、７３'）と、変調器の 出力部に配置され、前記互いに直交する偏光状態の内の一方の状態を有する光束 の成分のみを透過するフィルター（７９、７９'）とを有することと、連続して 配置された前記変調器の内のいずれか１個（５０）に備えられた前記素子（７３ ）及びフィルター（７９）が、次に配置された変調器（５０'）の偏光状態に対 して直交し、前記素子（７３）及びフィルター（７９、７９'）によって与えら れ る特定の偏光状態にある光束を透過するために特定の向きにて配置されることと を特徴とする請求項１または２に記載の装置(１４)。 ４． 前記素子（７３，７３'）はポッケルスセルであることを特徴とする請求 項３に記載の装置。 ５． 変調器（５０，５０'，５０"）のそれぞれは、前記光束（１２，５２，５ ２"）を前記制御信号の関数として２つの異なる回折次数の強度成分（５２，５ ３，５２'，５３'，５２"，５３"）に分割するために光を回折させるように前記 信号により制御可能な素子（６０，６０'，６０"）と、変調器（５０，５０'， ５０"）の出力部に配置され、前記光束（１２，５２，５２'）の前記異なる回折 次数の成分の内の一方の成分（５２，５２'，５２"）のみを透過させる隔壁（６ ７，６７'，６７"）とを有することと、信号の強度がゼロである場合において、 特定の変調器（５０）の隔壁（６７）が次に配置された変調器（５０'）の隔壁 の開口（６７'）を遮蔽することにより光が視覚的に感知されなくなることとを 特徴とする請求項１または２に記載の装置。 ６． 前記装置は集積化された光学要素を用いて複数の集積化された光学変調器 （５０，５０'）を同一の基板上において互いに前後に接続することにより構成 されることを特徴とする請求項１に記載の装置。 ７． 全ての変調器（５０）の制御信号は電圧であることと、該制御信号を伝送 するための導線（５４）の全ては装置（１４）に特定の駆動電圧を供給するため に並列接続されることとを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の装 置。 ８． 前記制御信号は電流であることと、装置（１４）の全ての変調器（５０） の駆動部または制御部は直列接続されることとを特徴とする請求項１乃至７のい ずれか１項に記載の装置。 ９． 変調器（５０）により光束（１２）の強度変調を行うための装置の製造方 法であって、該光束（１２）は該変調器（５０）の入力部より入射し、該変調器 （５０）は制御信号により２つの状態の間にて作動可能であり、第１の状態にお いては光束（１２）の最小強度の成分が変調器の出力部から射出され、第２の状 態においては光束（１２）の最大強度の成分が変調器の出力部から射出される装 置の製造方法において、 該変調器（５０）の後方に少なくとも１個の更なる変調器（５０'）が配 置され、第１の変調器（５０）から射出された光束（５２）は更なる変調器（５ ０'）の入力部から入射し、取り出される強度変調された光束（１６）の、装置 （１４）による消光は個々の変調器（５０）による変調と比較して向上している ことを特徴とする装置の製造方法。 １０．変調器（５０）により光束（１２）の強度変調を行うための装置の製造方 法であって、該光束（１２）は該変調器（５０）の入力部より入射し、該変調器 （５０）は制御信号により２つの状態の間にて作動可能であり、第１の状態にお いては光束（１２）の最小強度の成分が変調器の出力部から射出され、第２の状 態においては光束（１２）の最大強度の成分が変調器の出力部から射出される装 置の製造方法において、 強度変調を行うための複数の変調器（５０，５０'）が光の伝播方向に連 続して配置され、特定の変調器（５０）から射出された光束（５２）は光の進行 方向に配置された別の１個の変調器（５０'）の入力部に入射し、強度変調され た光束（１６）は連続して配置された変調器（５０，５０'，５０"）の内の最後 の変調器から取り出され、装置（１４）による消光は個々の変調器（５０）によ る消光と比較して向上していることを特徴とする装置の製造方法。 １１．変調された光束（１６）がラスターパターンに２次元に偏向されてビデオ 画像を表示するためにスクリーン（４３）に照射され、装置（１４）の制御信号 は該ラスター走査偏向に同期したビデオ信号であることを特徴とする請求項１乃 至８に記載の装置のビデオ投射システムにおける使用法。 １２．前記ビデオ投射システムはフライトシミュレータまたはプラネタリウムで あることを特徴とする請求項１１に記載の使用法。