JPS59808B2 - 改良された液晶マトリックス - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、入出力多重モード単一素線（ストラ０ ント
）ファイバの光学的ガイド間に複数の偏光されない又は
偏光された光学的信号を切換えるための改良された光電
作用装置に関し、特に大規模集積化された多重スイッチ
列の構成に使用可能な電界効果液晶組成を用いる漸新な
光電作用スイッチ５素子に関する。

当技術において最もよく知られるものは、ＬｉＮｂ０３
又はＬｉＴａ０３の如き光電作用物質を用’）る光学ス
イッチである。

マトリックス形態の電界切換え素子の構成においていく
らかの成功が収０ められたが、このような固体の結晶
物質を使用した場合は厳しい制約が課される。一般に、
入手可能なＬｉＮｂ０３又はＬｉＴａ０３のサイズは著
しく制約され、大きな経費をかけることなくこのサイズ
の制約を克服する明確な機会はなかつた。他の公５ 知
の固体の電子光学物質は大きな光電作用的係数および他
の適当な性状をもたない。このように配列基板サイズが
制約されると、このような物質で構成されるマトリック
ス・スイッチにおいて使用できるスイッチ素子数は厳し
く制限される。０−方、単位光学スイッチにネマチツク
（糸状）液晶物質を使用することも提起されているが、
一般には提起された単一スイッチ形態では単純な多重光
学スイッチ・マトリックスにおいて組合せるためには特
に有効ではない固有の幾何学的性状又５ は他の性状を
有する。

例えば、「応用光学」誌の１９７４年８月号第８号第１
３巻の１８０２頁から始まるＧ−Ｌａｂｒｕｎｉｅおよ
びＳ−Ｖａｌｅｔｔｅの学術論文「ネマテイツク結晶の
ディジタル光デテクタ］に記載される単位スイツチに基
ずく液晶スイツチング・マトリツクスは重大な欠点を呈
することになる。前記のＬａｂｒｕｎｉｅ等の論文は同
じモジユラ一素子からなる光学スイツチのハニカム・マ
トリツクス形態を示唆するが、これは非常に高価であり
、又、高度の光学的平面度を達成するためのみならず有
効面間の角度が全て正確に等しく空隙がないことを確保
するため単位スィツチの全ての隣接面が高い光学的情度
で正確に研摩されねばならないため他との競争性に疑問
がある。このような精度を逸すれぱ、光学的損失が大き
くなり、散乱光が著しく増加し、その結果マトリツクス
の効率が一般に低下することになる。この想像上のハニ
カム・タイプ即ち構成の大きな短所により各単位スイツ
チ・モジユールに対して１つの有効スイツチング域しか
もたらさず、従つてこのような厳密にモジユール的な試
みは少くとも第２の観点から不経済であることは明らか
である。事実、六角形状の単位セルの厳密なモジユール
性を維持すると云う理念は前述の諸問題の根拠となるよ
うに思われる。それにも拘わらず、液晶物質は比較的小
さな電界強度での電界の緩やかな変動のみに対する大き
な光の屈折率の変化を特徴とし、広く文献において、例
えば、ＳＩｅｒｒｙ社に譲渡された１９７８年１０月２
日出願のＤ−Ｈ−ＭｃＭａｌｌＯｎおよびＲ−Ａ−ＳＯ
ｒｅｆの米国特許出願第９４７９８３号［液晶によるス
イツチング・カプラー・マトリツクス」において論述さ
れるような他の重大な長所を有する。従来技術の欠陥に
ついては、Ｓｐｅｒｒｙ社に譲渡された１９７９年２月
２１日出願のＲ．Ａ．ＳＯｒｅｆの米国特許出願第１３
０９５号「液晶スイツチング・マトリツクス」において
更に論述されている。

このＳＯｒｅｆの発明は、多重モード単一素線形の規準
用フアイバ出力光ガイド間の複数の光学的信号を選択的
に切換えるための漸新な光電作用的マトリツクス・スイ
ツチを構成する。スイツチング動作は、正又は負の異方
性液晶媒体の選択的な電界の付勢により行われる。この
多重スイツチ構造の形態は、モジュラ一と非モジュラ一
の間の混成形態と見做すことができ、発明のある態様に
おいてぱ、数組の同様な梯形のプリズム・ガラス部を経
済的に使用しこのガラスのプリズム間には薄手の平坦な
液晶層セルが形成され、複数の光電作用領域を含むこと
ができる。全体の形態はある程度の幾何学的対称性を呈
し得る。このプリズムと液晶層の組合せは、例えば、３
つの出力の内の選択されたものに対する３つの入力から
の光信号と直接的に協働するが、プリズムのあるものは
好ましくない散乱光を除去するための光吸収体と協働す
る。本発明は、入出力多重モード隼一素線の光波ガイド
匍で露光されないあるいは露光された光信号を切換える
ための改良された光電作用素子に関し、単位スィッチは
電界効果液晶組成を用い大規模集積化多重スィッチ列構
造に使用可能である。スィツチング動作頃複数の協働す
るミラーと透明な電極システムを支持するプリズム形の
ガラス素子間に層状に閉じ込められた液晶媒体の選択的
な電界の付勢によつて行われる。スイツチング動作は、
従来技術の欠点を克服する方法で、人射光の偏光とは有
効に独立して作用を生じる装置が設けられる装置におい
て行われる。本発明のいくつかの態様頃 ミラーと透明
な作用電極間に形成された光学的な作用域の選択的な措
置と協働関係にある選択された液晶物質が各液晶層にお
いて唯一のタイプの液晶物質を使用することを可能にし
て、内部の分離バリアと、液体を液晶物買から分離する
如きバリアを使用する液晶動作しない屈折率整合液の必
要を除くために更に有利である。本発明は、比較的大き
な配列に任意に拡張することを容易に許容する形態にお
いて、挿入損失が少く、漏話が少く、匍脚電圧か低く、
簡単なメ、出力光学フアィバ結合素子を用いて非偏光又
は偏光のマトリックス・スィツチング動作を提供する。

各部品の製造および製品の組立てが経済的になるように
類似する部品の組を使用する。例えば、非常に高品質の
光学的研摩に対する高価な条件は著しく緩和されている
。本構造中には空隙および運動部分がなく漂遊光が最小
限に抑えられる。スイツチ・マトリツクスぱ吐電圧、低
電流のトランジスタ回路により駆動でき、電気的な切換
を行う電源が故障する時でも最大光伝達作用が存続する
ため故障に対して安全である。このスイツチ・マトリツ
クスは作用において両方向囲かつ非収差性を有する。ガ
ラス構造部が組立てられた後でも入出力ファイバおよび
吸収体に対して種々の位置が選択できるため、このスイ
ツチング・マトリツクスは対応性が大きい。

選択されるフアィバ結合システムに従つて、種々の固定
された光学部品に対し多重モード・ファイバを容易に再
配置でき、フアイバの光は便宜に規準化されあるいは規
準整正を行わない。フアィバ位置又はプリズム位置につ
いて厳密な調整はなく、又便利なことにはフアイバは直
角入射地点で直接突合せ結合される。人射角θ、従つて
プリズム角θ の選定はそれ程厳密ではない。ｐ本発明
は特に多重モード光信号システムにおける使用に適合可
能であり、このためこのようなシステムの望ましい特性
の故に有利である。

かつては光フアイバ束体および単一モードの集積化され
た光学技術と大きく関連していたガイド方式の光データ
通信法における経験が今日、介在する試みである多重モ
ードの単一フアィバ技術が多様な通信上の諸問題に、特
に中間的な帯域内および中程度の距離の場合に最も成功
裡に応用できると云う確信に導いた。受容インターコネ
クタの製作は簡単であり、フアイバ束体の比質量偏差損
失特性は除去される。かなりのエネルギを使用可能な多
重モード単一フアィバ・ガイドへ容易に結合することが
可能な簡単な光源が存在し、このような単一フアイバ・
ガイドの光の流れを検出するのに十分な光検出装置も又
入手可能である。本発明の一体形の多重モード・スイツ
チは、前掲の米国特許出願第１３０９５号において論述
されたものと同様に、高い屈折率のガラスから作られた
協働する対をなす透明体間に配置される際のネマティツ
ク媒体の整合された液晶の薄い平膜の電界スイツチング
特性を用いるものである。

前記ガラス体即ちプリズム１と５（第１図）の光学的屈
折率Ｎｇ哄前記の薄い液晶膜４の常態の屈折率Ｎ。より
も大きくなるように選択される。値Ｎｇは、膜４の液晶
媒体の異常時の屈折率Ｎ。と等しいか、僅かに小さいか
、あるいはこれより大きい。液晶膜４との界面における
ガラスのプリズム体１，５の対向する平担な研摩面は、
通常の方法で２００乃至３００人の厚さに調製されたイ
ンジュームースズ酸化物であることが望ましいそれぞれ
対向させた透明の薄手のスパツタリングで付着された導
電性層２，３を設けることができる。このような液晶デ
イスプレィ・セル内の電極の形成のためクロームを含む
他の材料の薄膜も使用されて来た。電界がない場合に特
に正の異方性液晶吻質に対して望ましい方向に長い液晶
分子の均等均質の整列を強化するよう、電極膜２，３上
の１００λのＳｉＯ又はＭｇＦ２の６０２の付着角で、
ＳｉＯ又はＭｇＦ２の如き絶縁材料の露出面上に微細溝
（図示せず）を従来周知の方法で形成する。あるいは又
、少量の周知の界面活性剤即ち５００λのＣａＦ２膜を
用いて負性の液体中に等方性を得る。導通状態の電極２
，３に制御電岑を用いると、液晶媒体中の電界の存在す
る効果として、膜２，３の表面における無視し利る少量
の分子を除き、大部分の液晶の長軸を再整列させる。こ
の分子の再配向により、液晶膜は典型的な光線即ち光線
６の光に対して別の屈折率を有する。基本的には、電極
２における鋭角θで人射する規準整正された光線６は、
前記のＳＯｒｅｆの特許出願中の制御信号Ｖによつて光
線６ａとして反射させられるか、あるいは光線６ｂとし
て液晶膜４中を横断させられる。

入射光線６の全内部反射のための臨界角θ。は比ＮＬＯ
／Ｎ８により支配され、与えられた電界Ｖと偏光〔又は
Ｅ′の相方に依存する。もし入射角θがθ。より大きけ
れば（０の時）、入射光線は光線６ａとして反射され、
もしそうでなければ入射光線は液晶膜４を透過して光線
６ｂとしてガラス・シート５から出る。膜２，３，４の
厚さがそれぞれ非常に小さいため、射出光６ｂの実際の
錯行量も又非常に小さい。第１図の従来技術のＳＯｒｅ
ｆの装置の作用は、更に、選定された液晶材料即ち組成
の性質に依存し、特に正と負の誘電異方性のどちらを呈
するかに依存する。正の誘電異方向を有する材料におい
ては、ネマティック流体分子の長軸に一般に自らを与え
た電界に従って整列する。一方、負の誘電異方性を有す
る材料においては、前記長軸の殆んどは；般ビ蹴界ベク
トルに対して直角方向に自らを配向しようとする。第２
Ａ図および第２Ｂ図１ζ従来のＳＯｒｅｆの装置はおい
て使用された如き２つのタイプの分子の長軸の望ましい
配向を示す。

特に、第２Ａ図は、正の誘電異方性（Ｅ′−Ｅ±〉０）
を示す液晶分子の挙動を示す。こＸで、液晶分子の長軸
の整列の状態は均一であつて、電界が零であるか、ある
いは更に順当に閾値電圧Ｖｔよりも低い時、ＯＦＦの状
態でｙ方向の電極２，３の面と平行となる。ｖの値をｔ
より十分に大きくすると、ＯＮの状態を生じて液晶分子
の長軸に電極２，３に対して直角方向に等方性状に整列
させられる。第２Ｂ図は、従来のＳＯｒｅｆの装置にお
ける負の誘電異方性（Ｅ′−Ｅ１〈０）を呈する液晶分
子の反対の挙動を示す。液晶の分子の長軸の整列状態は
異方性的であつて、電界が閾値１より般」・さい時ＯＦ
Ｆ状態のｚ方向に電極２，３の面に対して直角となる。
電圧Ｖを閾値電圧Ｖｔより十分に高めると０Ｎ状態にな
つて、分子の長軸は、例えば５るの傾斜角で蒸着したＣ
ａＦ，膜に応じた整列方向であるｙ方向に電極２，３の
面に対して平行状態で均一な整列状態を呈する。第１図
に関して、フアィバの入射光は通常は偏光されない光で
あり、直角成分即ち入射面のＥ′（磁気横波即ちＴＭ波
モード）と入射面と直角のＥ１（電気横波即ちＴＥ波モ
ード）に分解できることが判るであろう。

正の誘電異方性液の場合には、前記のＴＥとＴＭモード
波は共に、〈Ｖｔ（０ＦＦ状態の時）分子の長い光軸に
対して直角に偏光され、この両モードは液晶膜の常態の
屈折率Ｎ。に影響される。閾値電圧，よりも高い領域で
は、ＴＭモード成分の伝播に影響を及ぼす液晶の屈折率
はＮ８に向って大きく立土るが、これはこのモードに対
する光の偏光がネマティツク光軸に対して略々平行とな
るためである。一方、ＴＥモード成分はＮ。の影響を受
けた状態を維持するか、これはその偏光の状態がネマテ
イツク光軸に対して直角の状態を維持するためである。
負の誘電異方性の場合には、前記ＴＭモードの光は低電
圧の状態の屈折率Ｎ。に影響されるが、ＴＭモードの光
は屈折率Ｎ。の影響を受ける。従って、０Ｎ状態の比較
的高い電圧に対しては、屈折率は両方のモードに対しＮ
。となる。第１図は、鋭角θがθ。

よりも若干大きい場合、即ち、θ。−Ａｒｃｓｉｎ（Ｎ
Ｏ／Ｎｇ）なる場合について描かれたものである。最良
の結果としてはＮｇとＮ。が等しくなるが、約２％のこ
の等しい状態から僅かなずれがＤＢ挿人損失の極く一部
し力叶じないことが示されよう。又考慮すべきことは、
電極膜２，３における吸収および不完全に整列された液
晶膜４における散乱光からの透過損失であるか、この損
失Ｇシ」＼さい。実際における反射度は十分に整列させ
られた液晶物質に対する実質的に理想的なものであり、
透過度は理想状態に近Ｘ．δ第１図の組立体のこれ等の
一般的な特性はその固有の特性から得られるもので、前
記のＳＯｒｅｆの米国特許出願第１３０９５号その他に
おいて論述されている。文献および前記の米国特許出願
第１３０９５号においては、当業者が有効であることを
発見した広範囲の液晶材料について存分に論議がなされ
ており、従つて本発明の実施は本文に述べたいくつかの
実施例に限定されるものではない。

例えば、湿気や他の通常の環境因子に対し鋭敏でない多
くのネマティツク液晶混合材料が現在市販されている。
更に、本発明における使用に十分に適合する屈折率を有
する多くの安定な液晶組成がある。適当な液体としては
、動的な散乱を強化するためドープされない混合液を含
む電界が生じる攪乱効果のない電界効果をもつ液体であ
る。適当な高屈折率のガラス・プリズムは、市販される
フリット・ガラス又は他の広く入手可能な関連する高屈
折率のガラスから容易に作ることができる。従来技術の
諸問題の性格 これ迄に述べた如き光電作用素子は、第１図の装置を示
す更に詳細な図である第３図から判るように、偏光感度
が非常に大きいことが明らかであろう。

第３図において、対称的な対向位置のフリット・ガラス
・プリズム１，５（ｎは約１，６）が活性状態の液晶材
料が容積４内に密閉されるように連続する周部の密閉シ
ール６によつて分離されている。インジュームースズ酸
化物がプリズム１，５の隣接面上に対向位置関係に蒸着
され、これ等の膜電極２，３は非常に薄く光学的に透明
であり、電気的に伝導性を有し、協働する電極対を形成
する。膜２，３及び液晶媒体の厚さは非常に薄く、又明
瞭にするため図中の寸法比率は自由に描かれていること
が判るであろう。例えば、電極２，３間の間隙は僅かに
５ミクロンである。フリットガラス・プリズム１，５間
の容積部４は、例えば、フエニールとビフエニール・シ
クロヘキサンからなり約１０．３の正の誘電異方性と約
１．４９の常態屈折率を有するＥＭ研究所タイプ１１３
２として知られる如きネマテイック電界効果型液晶で充
填され、この材料は米国ニユーヨーク州エルムズフオー
ドのＥＭ研究所の製品番号１１８７８である。電極２，
３上にはＳｉＯ層（図示せず）がおかれて従来の方法に
より第２Ａ図においてＶ＜Ｖｔとして示される如く電極
面に対し平行な液晶分子の電圧零の整列を生じる。屈折
率を表示したレンズ系８の如きレンズが、例えばプリズ
ム５と従来の多重モード・フアイバ光波ガイド１０ｄと
の間を伝播する光に対する低損失形カプラーとして作用
する。このように、光線は常に容積部４内の活性状態の
液晶媒体を通過する際比較的良好に規準整正される。第
３図においては、液晶が正の誘電異方性を有して第２Ａ
図に示す如く零電圧の状態で整合される時、左上のフア
イバ１０ａから人射角θの光線に沿つてプリズム１に入
り、又この光の入射面と平行に偏光される光は容積部４
内の液晶媒体によつて内部反射され射出フアイバの光波
ガイド１０ｂを通る。

光波ガイド１０ａと１０ｂは、ガイド１０ａ，１０ｂ間
の結合損失が零電圧状態において最小となるためスィツ
チが故障安全装置として特徴化できるように主ゼータ・
バスとして便利に使用することができる。電圧（一般に
１０乃至５０ボルト）が約１ボルトの閾値電圧Ｖｔより
十分に高い時、液晶分子は電極２，３に対して直角にな
るように第２Ａ図における如く再整合される（〉ｔ）。
光波ガイド１０ａに入る平行な偏光はこの時電極２，３
および液晶媒体中を透過して光波ガイド・フアイバ１０
ｄから出る。これと同じ分子整合状態において、直角方
向に偏光させられ光波ガイド１０ａに入る光は内部反射
され、右上の光波ガイド１０ｂから射出し続ける。この
ような作用状態は理想化されたもので、実際には、電極
２，３の表面と密接する境界層中におかれた分子を除き
、有限の電圧Ｖが液晶分子を電極２，３の表面に対して
略々直角に再整合する。電極面に対しては、電界によら
ず電極２，３と関連する表面層の特性によつて整合方向
が定められる。分子の完全な再整合を達成することが不
可能である結果の１つは、小さな有限量の平行に偏光さ
れた光（一般に約５％）が依然として光波ガイド１０ｂ
内へ反射されることである。更に、電極２，３自体はこ
れに入射する光の１乃至５％程度を吸収する。これ等全
ての要因の結果として、光波ガイド１０ａからスイツチ
に入る平行な偏光の約９０％（全体の４５％）がガイド
１０ｄの人射部に達する。もし反射防止コーテイングに
より除去されなければ、フレネル反射損失により更に１
乃至２ｄＢの光損失を生じ得る。多重モード・フアイバ
光波ガイド内の伝播においては、１つの面内に直接偏光
された光は迅速に偏光されない光へ変換される。従つて
、最も理想的な情況下でさえも第３図の従来技術の光ス
イツチがバス出力ガイド１０ｂから局部の端末光波ガイ
ドポート１０ｄへの偏光されない入射光線の５０％以上
をスィツチ動作しないことが判るであろう。実際に使用
される光スィツチング動作の形態は屡々第３図の場合の
スイツチング装置を唯１個だけ使用するのではなく、斯
かる装置を複数個使用し、その場合その固有の問題が倍
増され得ることが判るであろう。

第３図のスイツチは、例えば、入射バス光ガイドを光デ
テクタへ、又射出バスガイドを光源へ接続するため使用
することができる。このような簡単な端末システムは、
全ての光線と全ての光デテクタ間で光が唯１つの方向、
例えば時計方向にのみ伝播するループ・データ・リンク
形態において使用可能である。第３図の素子は、両方の
偏光の取扱いは本質的に不可能である故に、コネクタ損
失の他に１つのリンクの２端末間の人出力結合損３ｄＢ
を更に生じる。従つて、第３図Ｏ裟置を更に付加してい
ずれか一方のバス方向に対して光を集めあるいは伝播す
るならば、更に３ｄＢの損失因子が生じる。例えば、第
４図の形態頃 １本のフアィバ素線を用いる半２重バス
における端末としての第３図の１対の単位スイツチの付
加を示し、第１のスィツチング装置２０は電極２，３の
端末１７に対してある制御電圧（図示せず）が与えられ
る時第３図の装置と丁度同様に機能する。プリズム５の
フアイバ光ガイドポート１０ｃはスィッチ２１のプリズ
ム１の入射光規準レンズ２３と接続され、スイツチング
装置２０のポート１０ｄはスイツチ２１のプリズム５の
レンズ２４と接続される。スイツチ２１のプリズム１の
傾針面１９は端末２５を有する従来の光源２７が備えら
れ、更に、スィツチ２１のプリズム５の傾斜面１８は端
末２６を有する従来の光エネルギ検出装置２２を支持す
る。第３図の電極と類似の電極がリード線２３に与えら
れた電気信号によつて付勢される。第４図の構造におい
ては、第２のスイツチング装置が付加されて光を透過し
あるいは１つのバス方向（１０ａから１０ｂへ、又はそ
の逆）から受取ることを可能にした。

前述の結合損失とＧ鰯１に、スイツチ２１の付加により
、端末１０ａと２７又は２２（又は、１０ｂと２７又は
２２）間の合計約１０ｄＢの入出力損失が生じる。両方
向からの送受能力は多能性をもたらすが、３ｄＢのペナ
ルテイが必然的に生じる。基本発明 本発明は前述の従来技術の諸欠点を避け、入射光の偏光
状態とは無関係の方法で有効に機能する光スィツチング
構造を提供するものであることが理解されよう。

一層の液晶を使用し同じ人射角およびプリズム角θを用
いるが比較的長いプリズム３１と３７を必要とし、例え
ば延長した電極３３と３４を使用する２重経路構造で第
５図に示す如きものが得られる。延長されたプリズムお
よび電極は入射光線が２つの対称的に配置された場所４
０，４１において角度θで電極３３，３４間に液晶層に
遮断されることを可能にし、各光線は対称的な場所４２
，４３におけるプリズムの外表面で反射される。第３図
における如く、第５図の断面にはバリア３５のみが示さ
れ、プリズムと電極は、図を明瞭にする上での便宜とし
て断面を示さない。再び光線は３２と３８の如き屈折率
を表示したレンズの協働作用によつて規準整正を竹いあ
るいはこれを行わない。第３図および第４図における規
準装置の如く、第５図の装置３２，３８等は種々の形態
をとり得るが、望ましい装置は規準用又は非規準用のフ
アイバ光ガイド素子自体か従来の方法で関連するブリズ
ム面に対して固定されたプラグ即ち取付具内に挿入され
る構成である。擬似規準光を形成して集めることによつ
て、前記規準／非規準用素子はスィツチング列内での漏
話が比較的少くなると云う有利な効果を有する。このよ
うな装置は、ＫＯｂａｙａｓｈｉ等の米国特許第３８９
４７８９号を含む文献に記載されている。選定されたレ
ンズは本発明において使用するための３つの特徴、即ち
、レンズの長さは無限大に於てフアイバのコア・ソース
を映像化するよう光ガイドのピツチの丁度％であり、レ
ンズの開口数はフアイバのコアの開口数よりも大きく、
レンズの外径はフアイバの被覆径より大きくなければな
らないと云う特徴を有することが望ましい。ＨＯｌｙｍ
ａｎの米国特許第４１１９３６２号および［応用光学」
の１９７４年１月号の８９頁のＬ．Ｇ．ＣＯｈｅｎ等の
論文［光フアイバに対する接合形レーザー結合用のマイ
クロレンズ」掲載の構成も興昧深い。

米国マサチユーセツツ州バーリントン市ニユーイングラ
ンド・エグゼクテイブ・パーク３の日本板ガラス社から
商標［ＳｅｌｆＯｃ」の下で例えばＬ−５．２ｍｍ−０
．２５ｐ、直径−２ｍｍ、Ｎ．Ａ．−０．５０の製品Ｓ
ＬＷを指定することにより購人できる如き他の従来の装
置も使用できる。第５図においては、〈Ｖｔなる状態が
第２Ａ図の左側における如く電極と平行な軸に沿つて液
晶分子を保持するものとする。第５図においては、もし
Ｖ〉Ｖｔならば、ポート３０に人り平行面と直角面の両
方で偏光された成分を有する光は点４０において分けら
れ、直角方向に偏光された部分は４０で反射されるが、
平行方向に偏光された部分は電極３３，３４間の液晶層
内を透過させられる。このように、ポート３０からの光
線【ζその偏光状態に応じて、液晶の光遮断点４０，４
１間の各プリズム３１，３７のミラー面４２又は４３に
おいて内部反射する。第５図の構造に含まれる有利な点
は、この形態が唯一の液晶層を有し、この構造は前掲の
ＳＯｒｅｆの米国特許出願第１３０９５号において一般
的に論述される如き公知の技術を用いて容易に製造され
ることである。又、両方の液晶交叉点４０と４１に与え
られる電界がいかなる時点でも同じものであると仮定す
れば、点４０から出て行く光線の偏光は、この交叉点４
０，４１間のそれぞれ４２と４３で示す如き上下の両光
線の偏光状態を変化させるための素子を導入することに
よつて適当に操作することができる。所望の結果を達成
するための特定の機構を考慮するのではなく、第５図に
関して結果を考察しよう。

この目的のため、液晶分子はＶ−０に対して第２Ａ図の
左側における如く電極３３，３４に平行に整合され、こ
の場合ガイド３０に入る両端光成分１および′が交叉点
４０，４１で内部反射され、ガイド３０に人る光は非規
準レンズ３２およびその関連するフアィバ光ガイドを介
してのみ出なければならないものとする。同様に、ガイ
ド３６に入る光はレンズ３８から出なければならなＸ．
）電極３３，３４に対し直角の液晶分子の長軸を再整合
するに十分な電圧Ｖ〉Ｖ，が電極３３，３４へ与えられ
るならば、ネマテイツク層により平行な偏光光が透過さ
せられ、直角方向に偏光された光は反射される。従つて
、記号ノ、土で入射フアィバ３０に示される如く偏光さ
れない（或るいは不規則に偏光された）光はその成分に
分解される。直角方向に偏光された成分士は４０，４２
および４１において出力レンズ３２へ反射されることに
なる。平行に偏光された成分′は液晶媒体を有するその
第１の遮光部４０において出力レンズ３２に向つて透過
させられる。次に、未だ定義しない各素子が反射点４２
，４３およびその付近において対称的に配置され、これ
等の素子は平行方向に偏光された光を直角方向に偏光さ
れた光へ、あるいはその反対に変換することが可能であ
るものとしよう。

このように、光線は第５図における右方に伝播するが、
プリズム３１内の偏光状態は同図に示す如く平行状態に
変換され、プリズム３７内の偏光状態は直角の状態に変
換される。このように、点４２の付近からの平行な偏光
成分は点４１における第２の液晶界面を透過させられる
が、直角方向に偏光された点４３からの光は４１で反射
され、両成分は出力レンズ３８に達する。この正味の結
果は、光ガイド３０によつて進入する偏光されない或い
は不規則に偏光された入射光の略々全てが規準レンズ３
８にぉいて反対側の出口から出、＝Ｏの時はポート３２
から光が出ることになる。ガイド３６に入る光は又、偏
光の状態とは無関係にＶ〉Ｖ，なる時出力レンズ３２か
らも出る。従つて、もし各偏光状態が液晶の交叉点４０
，４１間で変化されるならば、偏光状態と切離された効
率のよい液晶スィツチが形成される。偏光状態における
必要な変化を得るための一般的な一方法は、本発明によ
れば、第６Ａ図乃至第６Ｄ図において全体的に示したよ
うな光の半波長板を意図的に使用することにより得るこ
とができるが、これ等の構成は簡略化のため光の経路を
示す矢印に沿つてプリズム３１，３７のみしか示さない
が第５図に示した構造と略々対応する。

第６Ａ図、第６Ｂ図および第６Ｃ図においては、対をな
す各プリズム３１と３７は、光の半波長板を２つの協働
部分間に従来の透明な媒体を用いて挿入接着させて前記
２部分に形成される。第６Ａ図においては、板５０，５
１はこれを横切る光線の方向に半波長の厚みを有し、共
通の面内に位置する。第６Ａ図の構造の面対称形態も又
使用可能である。第６Ｂ図においては、液晶層の面に対
して略々直角に各プリズム３１，３７内に有効半波長板
５２，５３を配置できる。この面対称形態もまた使用可
能である。第６ｃ図の半波長板５４，５５は入射光線に
対して直角方向に配置し得るため、第６Ｂ図の直角方向
の配置には制約がない。更に簡単な、従つて本発明の望
ましい形態を第６Ｄ図に示すが、この場合には、協働す
るミラー５７，５９と共にこれらの地点に複屈折物質の
適正方向に向けられた薄い四分の一波長層５６，５８を
固定することによつて必要な偏光の変換が入射点４２，
４３において得られる。この構成は、プリズム３１，３
７の内部に素子を内蔵すること内蔵が避けられるため明
らかに便利である。偏光状態の所望の変更は、第７図に
示す方法でプリズム３１，３７を変更することなく達成
し得る。同じ液晶の配向は液晶媒体の容積部内のいずれ
においても使用され、即ち、結晶の長千軸は一Ｏの状態
に対して第２Ａ図の左側における如く層と平行である。
薄い複屈折板７０は、入射点３０に入射する光が交叉？
４０に達する前の場所でプリズム３１に固定され、透明
な電極７１がここに固定される。電極７１の反対側には
類似の電極が液晶媒体と接するプリズム３７の面上に固
定される。半波長板７０は、プリズム３１，３７の屈折
率および両方の光の偏光状態に対する液晶媒体の屈折率
と実質的に等しいかあるいはこれより大きな屈折率を有
する。交叉点４１においては、透明な電極７３がプリズ
ム３１に固定され、半波長板７５はプリズム３７に固定
され、協働する透明な電極７４もこれに取付けられる。
前記板７５は板７０が配置されるプリズム３１と反対側
のプリズム３７に配置される。ガイド３０を介してプリ
ズム３１に入る光の平行方向に偏光される成分は、半波
長板７０において直角方向に偏光された光へ変換され、
従つて電極７１，７２の両端にある電圧が結合されるか
どうかによりネマティック物質により反射される。

この光の反射と同時に、半波長板７０は点４２に向う前
にこの光を再び平行方向に偏光された光に変換する。こ
の平行方向に偏向された成分は、もし液晶電極７３，７
４が電圧Ｖ＞Ｖ，で付勢されるならば第２の液晶の交叉
点４１において出口３８ａに対して送られるが、もし液
晶材料が付勢されなければ出口３２ａに対して反射され
伐一方、入射ガイド３０に入る直角方向に偏光される光
は、板７０によつて平行方向に偏光される光に変換され
、もし電気的に付勢されなければネマテイツク層により
点４２に向つて反射され、又もしネマテイツク層の両端
に電界が存在すれば点４３に向つて送られる。更に、平
行方向に偏光された光が第１の液晶界面４０において透
過させられる時、第２の半波長板７５において直角方向
に偏光された光に変換され、液晶の交叉点４１において
反射され、再び平行方向に偏光された光に変換され、従
つて光ガイド３８ａを介して出る。このように、もし液
晶層に対し電気的な付勢が与えられなければ両方向の偏
光状態の全ての光が出口３２ａを介して出ることが判る
。更に又、液晶媒体に適当な付勢が与えられるならば、
全てのこのような光はガイド３８ａを介して出て行く。
同様に、ガイド３６に入るどんな偏光状態の光も選択的
に出口ガイド３２ａ、又は３８ａへ指向させ得る。ガイ
ド３２ａとガイド３８ａのいずれかに入る光は、液晶の
両端におかれる電界に従つてガイド３０又は３６へ選択
的に指向させ得ると云う態様で相反定理が妥当する。使
用する部品数が更に少く、構造が簡単であり、又第６図
又は第７図の構造に比して製作がより経済的であるため
魅力的な本発明の更に他の実施態様を第８図に示す。

この装置は、液晶分子の長軸がＶ＜Ｖｔに対して図の面
に直角方向であり従つて第２Ａ図、第２Ｂ図に示した配
置に対しても直角位置関係となる第８図に示す漸新な特
異なＶＯの整合状態を用いている。換言すれば、この長
軸は光線Ｅ′とＥェの伝播方向に対し直角となり、又ガ
ラスのプリズム基板に対しては平行となる。一般に、第
８図の装置の構造は前に述べた各実施例の場合と同様で
あるが、電極９０と９１は第２の光線交叉点４１付近の
液晶層の両端に丁度電界を与えるだけ延長している。こ
のように、分子の軸は常に交叉点４０の付近で固定され
た状態（点で示される如き直角方向の状態）にあり、こ
の場合電極は不要である。この交叉点における分子のＶ
＝０の場合の配向は第８図の点により示される。もし偏
光されない或るいは不規則に直線偏光された光が第８図
のフリット・ガラス・プリズムであることが望ましいプ
リズム３１に入るならば、第１の液晶の交叉点４０は常
に直角方向に偏光された光成分を透過し、常に第８Ａ図
により示されるように平行方向に偏光される成分を反射
する。従って、交叉屯４０における液晶材料は入射光を
２つの直角の偏光状態の光線、即ち反射点４２に向つて
進むものと反射点４３に向つて進むものに分けるように
単に受動的に作用するに過ぎない。この反射点４２，４
３は、点４１において両側からの等しい角度の入射をも
たらす。作用においては、電極９０，９１間に電岑が与
えられず従って液晶はその容積部内のどこでも同様に整
合される時、点４１付近の液晶材料は直角方向に偏光さ
れた光を出口ガイド３２ａへ透過し、更に、この液晶は
これが付勢されない時、平行方向に偏光された光を出口
ガイド３２ａへも反射する。換言すれば、付勢電圧がな
ければ、直角方向に偏光された光は再び透過させられ、
平行方向に偏向された成分は全ての光がガイド３２ａか
ら流れ出るように第２の液晶の交叉点４１において再び
反射される。もし電極９０，９１間の液晶材料が電界の
状態Ｖ〉Ｖｔを与えられるならば、そこの液晶分子は液
晶層の面に対し直角方向に整合し、第８Ｂ図に示す如く
、反対方向の光の流れが得られる。即ち、平行方向に偏
光された光が透過され、直角方向に偏光された光は点４
１の付近で反射される。従つて４１における液晶が電気
的に付勢される時、両方の状態の偏光が出口ガイド３８
ａを介して共線的に出て行く。高い屈折率のプリズム３
１，３７は入射ガイド３０（又は３６）から液晶層と共
にプリズム３１，３７の外表面における２つの全反射す
る交叉点４２，４３を経る光の２回Ｏ通過を許容するに
＋分な長さを有することが判る。

プリズム３１，３７は、関係Ｎ。＜Ｎｇ＜ＮＯ（但し、
ＮＯおよびＮ。は液晶媒体の常態および異常屈折率をそ
れぞれ示す）を満足する屈折率ｎを有する。第８ｇ図の
ガイド３０からＱ斜めの入射光（θは＝般に６７ガ）は
平行および直角方向の成分からなる。

液晶はこのような偏光状態に対して異なる屈折率を呈す
る。即ち、ｎ（７、ｖ１ ）−ＮＯおよびｎ（土、１
）−ｎぃ但し、Ｖ１〈ＶｔＯ内部の全反射角がθ−Ｓｉ
ｎ−１ｎＬｃ／Ｎｇであることを想起すれば、典形例に
おいて、θｏ（′、，）Ｚ６５す、およびθ。（±、Ｖ
１ ）Ｚ８４，であることが判る。このことは、平行光
が点４０において液晶媒体によつて全反射されること、
又直角方向に偏光された光は共に条件Ｖ−０に対して出
口ポート３２ａに実質的に完全に透過させられること（
θくθｃ（±））を意味する。電極９０，９１の両端に
電圧Ｖ〉Ｖｔが存在する時、液晶の有効屈折率はＶ−０
の状態に対して互換状態になる。Ｖ〉，の状態において
は、平行に偏光された光は完全に透過され、直角方向に
偏向された光は全反射させられてこの時出口ポート３８
ａに至る。同様に、ポート３６に人る偏光されない光は
、−０の時ポート３８ａへ送られ、〉Ｖｔの時はポート
２２ａへ完全に送られる。このことは、本装置が正に４
ポートの光学的可逆スィツチであることを意味する。第
８図の構造の一実験モデルにおいては、使用された液晶
は、λ−６４３ナノメータの時Ｎ。

ｌ．４９２、Ｎ８＝１．６３４の屈折率を有する前述の
ＥＭ研究所タイプ１１３２ネマテイツク混合形であつた
。研摩プリズム３１，３７頃米国ペンシルバニア州ダー
リア市ヨーク通り４００のＳｃｈＯｔｔＧｌａｓｓ社製
のλ＝６４３ナノメータの時屈折率が１．６４４である
タイプＷＧ３６Ｏの光学ガラスから作られた。５ミクロ
ン隔てられた電極９０，９１は、約１０００Ω／平方の
板抵抗を有する３５０λの厚さのインジュームースズ酸
化物から作られた。

電極９０，９１は次に通常の方法で直接関連するプリズ
ム３１，３７の裸ガラス面（交叉点４０）と共に、基板
（ｚ−ｙ入射面）に対し３０４で真空蒸着させた２００
λの厚さのシリコン一酸化物で被覆された。図において
は、プリズムの外表面上の反射点の反射率は第１０図の
点４２，４３、および９８，１２３，１２４において金
属性の反射物即ちミラーを付設することにより減衰する
ことができることが判るであろう。前掲のＳＯｒｅｆの
米国特許出願第１３０９５号における如く、本発明によ
るマトリツクス列を形成することが望ましい。この目的
のため、液晶の付勢しない状態においては出力光線がそ
の入射方向と実質的に同じ方向を維持するようにスィッ
チ素子が構成されることが特に望ましＸ，Σ第９図のス
イツチング素子はこの望ましい性状を有する。第８図と
第９図は性格的に非常に似ているが、第９図における電
極のない区域４０における液晶の分子の軸の整列方向は
水平ではなく垂直であり、従来０表面処理法によつて等
方性の整列状態が生じることが判るであろう。従つて、
点４０における直角方向に偏光された３０からの人射光
は反射点４２に向つて反射されるが、平行方向に偏光さ
れる光Ｅ７は点４０における層中を透過させられる。電
極を設けた領域においては、静的な−０の整列状態は、
第９図における点により示される如く光線の伝播方向に
対して直角の分子軸に対して水平である。同じスィツチ
の容積部内に２つの異なる液晶の整合状態を有すること
ぱ全く実行可能であることに注目されたい。その結果、
光Ｅょは点４２で反射されＥ７は４３で反射される。さ
て、もし電極９０，９１の両端に電界が与えられるなら
ば、その間の分子の軸は第６Ｂ図における如く、垂直方
向になる。その結果、平行方向に偏光された光成分は点
４１において液晶材料により出口ガ′ イド３２ａに向
つて透過させられる。更に、直角方向に偏光された成分
は４１で反射され、その結果この成分も又同じ出口ガイ
ド３２ａを介して出て行く。両方の状態の偏光光はポー
ト３２ａを介して共線的に出て行くが、これはマトリツ
クスに，おける交点のスィッチの０Ｎ状態に対して望ま
しいものであるが、−０なるスィツチのアドレス指定さ
れない０ＦＦ状態においては、偏光されない入射光がク
ロスバ一列において望ましい如くに完全に出口ポート３
８ａに向つて進行する。第９ノ 図に示される構造は電
極９０，９１が付勢されない時交叉ポートに対する漏洩
を殆んど生じず、従つてマトリツクス．スイッチにおい
て使用するには特に適当なものである。マトリツクス・
スイツチ 第７図乃至第９図に示される特定の構造は、入射光線の
偏光されない特性の故に悪影響を生じることなく選択的
に与えられた電圧に応答して対をなす多重モードの光フ
アィバ出力光ガイド間に殆んど全ての偏光されない入射
光線をスイツチングすることが望ましい場合に多くの用
途を有するものである。

このような損失が小さな４ポートの光逆転スィツチは、
活性状態の光カプラー、バイパス・スイツチおよび双安
定形の論理素子における用途を含む数多くの用途を有す
る。更に、各スィツチング素子は、単一又は多重のＦｂ
Ｉ？電圧源によるデータ．バス列における信号の切換え
のため長形の集積構造が得られるように、第９Ｂ図の３
倍の変更例における如く、第７図乃至第９図の各図の面
に対して直角の方向に変更することができる。第９Ａ図
の各フアイバは各々独立した対をなす各自の制御電極を
有する。更に、単位スィツチは又、多極マトリツクスお
よびクロスバ一・マトリックスのスイツチング動作の如
き更に複雑なスイツチング機能を行うマトリツクス形態
においても使用可能である。２層の液晶層と、その内の
２つが類似の形状を有した発明の原理を使用する３つの
プリズムを用いるマトリツクス・スイツチを第１０図に
示す。

２つの類似のプリズム１１８，１２０はその同様な面を
接近位置に隔ててガスケツト３５ａにより更に画成され
た１つの液晶成層空間を形成する。

小さなプリズム９７はプリズム１１８の比較的短い面に
その長い面を近接させて離間されて周囲のガスケツト３
５により更に画成された第２の液晶空間を形成する。入
力ポート９５，９６，１１９は前の各図における如くプ
リズム９７，１１８，１２０の各入射面と関連され、出
口ポート９９，１０６，１２５は同じプリズムの出口面
と同様に突合せ封止される（入出口面の機能は互換可能
である）。プリズム９７，１１８間の液晶界面には光線
交叉部１０１において対向位置の透明電極１００，１０
２が設けられる。同じ液晶層における第２の交叉へ１０
４は類似の透明電極１０３，１０５を使用する。分子の
長軸は、第８Ａ図における如くＶ−０に対して図の画面
に対して直角になるように選択される。プリズム９７の
外表面上の交叉点１０１，１０４間には完全な反射面即
ち外側ミラー９８が配置される。相互に類似のプリズム
１１８，１２０間には３つの分離層を有する空間が提供
される。

バリア・ガスケツト１１３，１１４間に画成されたもの
の中間には光線交叉部１２１を含む空間があり、この層
状の空間はその光の屈折率が隣接するプリズム１１８，
１２０の屈折率とつり合う液晶動作しない透明流体によ
つて占有される。中ノｎ邦の交叉点１２１の各側に等間
隔に隔てた光線交叉へ１１２，１１７には対をなす透明
電極１１０，１１１および１１５，１１６が設置される
。プリズム１２０の外表面上の各点１２３，１２４にお
いて１対の反射域即ちミラーが配置される。第１０図の
マトリツクス・スイツチは、２つの離間された液晶層を
３つの単純なガラスのプリズムによつて画成した１００
％透過スィツチを表わし、６つのマトリツクス形態の内
の４つを許容し２つを禁止させた３Ｘ３限定フアィバ光
マトリツクスである。第１０図の構成においては、第１
０Ａ図乃至第１０Ｄ図に示された４つの状態は、偏光さ
れない或るいは不規則な直線偏光された光に対する４つ
の可能な１００％スィツチング状態を表わす。禁止され
た状態は第１０Ｅ図および第１０Ｆ図に示される。前述
の如く、この挙動は、いくつかの電極対の内の１対に対
してＶ〉Ｖｔなる時この１対に対して分子の長軸を直角
にさせ、Ｖ＜Ｖ，の時分子の長軸を図の画面に対して直
角させることにより得られる。第１１図の装置は、僅か
に３層の液晶層と４個のガラスのプリズムを使用する２
対Ｎ又はＮ対２のフアイバ光スイツチとして特徴化でき
る本発明の用途を示している。

ファィバ光ガイド１６０又は１８０に不規則に偏光され
た或るいは偏光されない入射光が存在すれば、６つの出
口ポート・ガイド１６１，１６２，１６３，１８２，１
８３および１９５の各々に対して１００％のスイツチン
グ動作が存在する。この構造は中心面（図面において水
平）に対して対称であり、特に、第１の特徴を現わす前
記対称面における液晶とどちらかの面に離間された２層
に対する第２の特徴を現わす液晶材料の使用を特徴とす
る。図の上部には、本装置の第１の層は通常の傾斜光伝
送面を有するプリズム１５１を含み、光ガイド・ポート
１６１はこれ等の面の１つに取付けられている。

本装置の第２の層は、これも又同様な傾斜光伝送面を有
する種々大きなプリズム１５９により形成される。ファ
ィバ光ガイド１６０はこのような傾斜面の１つに当接関
係に固定されるが、反対の傾斜を有する面は２つの類似
の光ガイド・ポート１６２，１６３を収容する。第３の
層はプリズム１５９と類似するがプリズム１５９から隔
てられたその長手方向面がプリズム１５９の長手方向面
の長さと同じ長さとなるように逆方向のプリズム１８１
を含む。最後に、第４の層が、プリズム１５１と似てい
るがこれも又このプリズムに対して逆方向のプリズム１
９０により形成される。第３の層のプリズム１８１は、
プリズム１５９の各ポートに対し面対称位置関係に１つ
の入射ポート１８０と１対の出口ポート１８２，１８３
を備える。プリズム１５１と同様に、対応するプリズム
１９０は１つのポート１９５を有する。プリズム１５１
と１５９、１５９と１８１、１８１と１９０の間には全
体としてはそれぞれ前記のように構惑された層が配置さ
れており、これらの層は、透明電極間に意図的に配置さ
れた液晶材料層、および液晶として動作しない層領域を
含んでいる。

更に、２つの小さなプリズム１５１，１９０の外層の長
手方向面はそれぞれ通常の方法で形成された完全に反射
するミラー即ち面１５０，１９１が設けられる。プリズ
ム１５１，１５９間の界面層は通常の方法で周囲の壁面
３５により密閉される。

協働するバリア１５６ａは、屈折率が釣合う液体が封入
される層の一端部に区域１５５を形成する。前記層の中
心部に配置された部分１６４には、第１の液晶材料と相
互作用する透明電極の２つの独立的な対１５７と１５８
が配置される。この場合、液晶材料１６４は、Ｖ−０の
時ｙ軸（図の画面に水平）と均一な分子配向を平行にさ
せたネマテイツク層であり、この液体は以下においては
Ａ液と呼び正の異方性の物質である。この液晶物質はバ
リア壁面１５６ｂによつてその層内に維持され、この壁
面も又バリア１５６ｂと外側の壁面３５間の層域１５５
内に屈折率が釣合う物質を保持するように作用する。こ
のように、２つの共に液晶動作する層領域が２つの液晶
動作しない領域１５５，１５５の間に画成配置される。
第１１図の装置の部分的に対称な面における大きな界面
層は周囲の壁面３５ａ内に保持された液晶物質の１つか
らなる。

この層は組をなす独立の透明電極１７５，１７７，１７
８，１７９を有する４つの液晶動作領域を有し、後の３
対の電極は電極対１７５から大きく隔てられている。積
層体１７６内に含まれる物質は層部分１６４の物質とは
同じでないが、Ｖ＝Ｏにおけるｘ軸に対して均一な分子
の長軸を平行に配向させたネマテイツク液晶であり、以
下においてタイプＢ液と呼ぶ。これも又正の異方性の液
体が選択される。プリズム１８１と１９０の間に存在す
る第３の界面層はプリズム１５１，１５９の間の界面層
と類似するが層１７６において使用されたものと同じ正
の異方性のタイプＢのネマティック物質、即ちＶ−０に
おけるｘ軸に対し平行な長い結晶軸の均一な配向状態を
示すネマテイツク物質の使用において異なる。

協働する内側のバリア１８５は屈折率が釣合う液体が封
入された層の一端部に領域１８４を形成する。この層の
中心部に位置された部分１８９には、第２の液晶物質と
相互作用するように独立した２対の透明電極１８６，１
８７が配置されている。この第２の液晶物質は第２の内
部のバリア１８８により領域１８９内に保持され、この
バリアも又これと外側壁面３５ａとの間の層域１８４内
に屈折率が釣合う物質を保持するように作用する。再び
、２つの共に液晶動作する層領域が２つの液晶動作しな
い領域１８４，１８４の間に配置された場所１８９の付
近に画成される。第１図乃至第９図に関して教示された
原理を用ぃれば、当業者にとつては、例えば、第１１図
におけるポート１６０又はポート１８０のいずれかに入
射される偏光されない即ち不規則に偏光された光線が協
働する電極対１５７，１５８，１７５，１７７，１７８
，１７９，１８６、又は１８７の選択的な付勢によつて
そのまま対向位置のポート１６１，１６２，１６３，１
８２，１８３又は１９５のどれか１つに送られ得ること
が判るであろう。同様に、前記各ポートに入射した不却
唄ｕに偏光させられた信号はポート１６０とポート１８
０のいずれかに指向され得る。このことは、第１１図の
マトリツクス・スイツチを経由する光線経路の特定の１
組を示す第１１Ａ図の典形例における如く容易に立証可
能である。第１１Ａ図においては、１つの光線の直角方
向と平行方向の偏光成分がポート１６０に入る。場所１
７５ｋおいてＶ−０のタイプＢ液は平行方向に偏光され
た成分を反射させるが、直角方向に偏光された成分は透
過させる。反射された平行偏光成分について見れば、こ
の成分はミラー１５０によつて場所１５２″，１５３′
で反射され、又タイプＡ液晶材料であつてＶく，の場合
は場所１５７，１５８における２つの交叉点により反射
される。最終的には、この平行偏光成分の光線はタイプ
Ｂの場所１７９″（＝０）に達してポート１６３へ反射
させられる。次に、直角方向の偏光成分について見れぱ
、タイプＢの材料を用いＶ−０であるため、この成分は
場所１７５？通過する。

この光線は、ミラー１９１によつて３回、Ｖ＜Ｖｔなる
電極対１８６，１８７間のタイプＢネマテイツク物質に
よつて２回反射させられて更に場所１７９″を通過し、
出口ポート１６３において元の平行方向の偏光成分と同
心状に合流する。第１１図および第１１Ａ図を観察すれ
ば、ポート１６０又は１８０がポート１６１，１６２，
１６３，１８２，１８３，１９５のいずれか１つに（あ
るいはその逆）容易に結合されることが確認できる。例
えば、ポート１６０における入射光の作用についてのみ
見れば、下記の如く、光は選択された電極対に電圧ｖ−
０又はＶ〉Ｖｔを与えることにより６つの出口ポートの
いずれかに指向され得る。即ち、第２の入口ポート１８
０に入る２つの偏光された光成分の指向と再合成、およ
び殆んど同時の分離のためのプログラムは、電圧Ｖ〉Ｖ
，が常に電極１７５の場所１７５″に存在する点を除け
ば類似することが判る。

第１２図は、液晶層との異なる光線交叉点において異な
る措置をプリズム表面に行う、第９図に示した如きビル
デイング・プロツクを使用する本発明の漸新なマトリッ
クス形態を示す。

ＮＸＮ構造の３Ｘ３構造例は中心部の液晶層に対して部
分的に対称であり、各液晶層Ｇζ望ましくはバリアも屈
折率の釣合う区域も必要としない形態における前述の種
類の複数個の単位スイツチ・セルを使用し、各層の全長
は液晶の液剤で占められる。この層ｔｌζプリズム２０
４と２０５、２０３と２０４、２０３と２３０、２３０
と２４６、および２４６と２５０間に形成される。プリ
ズム２０５と２５０、２０４と２４６、および２０３と
２３０も同様に形成される。土層のプリズムは、フアイ
バ光入射端ガイド２０２，２０２ａとこの上層の中央部
のミラー素子２０８Ｍを有する通常の傾斜端面を有する
。

周部壁面３５内に形成された液晶層２１１は２つの等し
い大きさの領域を含む。１つの領域１９７は電気的に擾
乱不能であり、ガラス・プリズム２０４，２０５の協働
する隣接の電極形成されない面の適当な表面処理を用い
ることにより形成される。

他の領域は１つＯ透明電極対１９８Ｅを有し、この電極
対の間に液晶がｖ＜Ｖｔの状態に対する第９図のＸ方向
に沿つてプリズムの表面に対して平行方向に配向されて
いる。受動領域１９７はプリズムの表面に対して直角方
向に分子を配向させられる。第２の層のプリズム２０４
は、それぞれミラー２１６Ｍと２２２Ｍと協働する液晶
層２１１の両側に外側ミラー２０７Ｍと２２１Ｍを有し
、その反対側ｄ頃斜面に当接するフアイバ光入出ガイド
２０１，２１４を有する。

比較的大きなプリズム２０３と周部の壁面３５ａにより
、１つのタイプの液晶材料だけを使用する第２の液晶層
２１０が形成される。層２１０の左端部から始まるこの
層は、分子の軸が垂直方向を維持する電気的に擾乱不能
な領域を含む。次は、層の表面処理により分子の長軸が
Ｖ／Ｖｔｔに対してプリズム表面に対し平行にさせられ
る領域に共にある透明電極対１９９Ｅと１対のミラー２
１２Ｍを有する領域である。次は、プリズム表面に対し
て直角方向の分子配列を有する第２の擾乱不能領域が現
われる。最後に、この層代Ｖ／Ｖ，の際に再び１９９Ｅ
における如き分子軸の平行な配向を生じる透明電極対２
１３Ｅを含む。第３層のプリズム２０３は、液晶層２１
０の両側に外側ミラー２０６Ｍ，２２４Ｍを有し、その
反対側の傾斜面には当接するフアイバ光ガイド２００，
２１９を有する。

類似の倒置された大形プリズム２３０を用いて、唯一種
類の液晶材料を使用する第３の液晶層が形成される。層
２０９の左端部側から始まつて、この層２０９は、その
全ての配向状態が第１２図に示される、分子軸が隣接す
るプリズム面に対するその直角位置関係からは決して擾
乱されない領域と、〈ｔにおいて透明電極２１５Ｅ間に
形成され１対の対向ミラー２１６Ｍ間に連続する分子軸
が水平方向の領域と、１つの擾乱不能領域と、Ｖ／Ｖｔ
の状態に対して透明電極２１７Ｅ間に形成され協働する
ミラー対２２２Ｍ間に延長する第２の分子軸が水平な領
域と、第３の擾乱不能領域と、〈Ｖｔの状態において分
子軸が水平方向になる領域を形成する透明電極の最終対
２１８Ｅとを含む。一般に、各プリズム２３０，２４６
，２５０によつて形成される第４、第５および第６の層
および介在する液晶層２０９，２４０，２４７Ｇζ こ
れ迄に述べた構造の面対称形態である。

図において、光吸収体２２０Ａ，２４４Ａ，２４９Ａ，
２６０Ａ，２５３Ａおよび２５４Ａは第３、第４および
第５層のプリズムの各傾斜面上におかれるが、多くの場
合においてフアィバ光入出素子は代替可能であることが
理解されよう。例えば、本文に説明したようにいくつか
の透明電極対間の電界の適当な付勢によつて種々の経路
が本構造体中に形成可能であることが理解されよう。

例えば、入射ガイド２００に入る直角および平行方向の
両成分を有する偏光されない光は、第１２図の表示した
個々Ｑ経路に従つてこの経路内の全電極対において〈ｔ
なる時吸収体又は出口２６０Ａへ至る。ガイド２０１に
入るこのような光は、全ての電極における指定されない
−０なる条件において吸収体又は出口２５３Ａへ指向さ
れることになる。更に、Ｖくｔなる時ポート２０２に入
る光は吸収体又は出口２５４Ａに向つて伝播する。クロ
スバ一のスィツチング動作にぉいては、適当なスイツチ
１９９Ｅ又は２１７Ｅ又は２４３Ｅ◇選択的な動作がポ
ート２０１に人る全ての光をして例えば３つの反対側の
ポート２０２ａ，２１４，２１９のどれかに指向させる
。同様な指向によつて、ポート２００と２０２に入る偏
光されないフアィバ光を同時に１対１のマツピング操作
でこれ等の同じ出口ポート−全て送ることができる。換
言すれば、第１２図の装置の主な用途は、下記の９つの
スィツチの内の３つが同時にＯＮとなり残りがＯＦＦと
なる。即ち、マトリツクスの各行および各列における１
つのスィツチがアドレス指定され、このためファィバ２
０２ａ，２１４，２１９に対するフアィバ２００，２０
１，２０２の６つの可能な光の連結の１つを生じ、Ｎ倍
の対形成を示す損失の小さな光クロスバ一即ち回路網制
御スィツチとしての用途である。即ち、１９８Ｅ２１３
Ｅ２１８Ｅ１９９Ｅ２１７Ｅ２４３Ｅ２１５Ｅ ２４１Ｅ２４８Ｅ 従つて、本発明は、多くの実施態様において、ネマテイ
ツク液晶物質の選択的な電界の付勢によつて単一素線多
重モード・タイプの１本および多数の入力と１本および
多数の出力フアイバ光ガイドの間に光データを保持する
多くの光の流れを切換えるための漸新な光電作用装置を
提供するものであることが判る。

本技術は、対称形態又は非対称形態に交互に配置された
ガラスのプリズムと液晶層を使用する。不規則に偏光さ
せられた或るいは偏光されない光のマトリツクス・スイ
ツチング動作は、小さな挿入損失、漏話損失および低匍
訴電圧で容易に達成される。性能が多岐にわたるためそ
れだけ多くのスィツチング形態が可能となり、本発明の
各実施態様は従来技術の諸問題を避けながら、液晶媒体
および多重モード単一素線操作の利点を更に利用するも
のである。従来技術の諸欠点を克服するようなスィツチ
ング動作が達成されるが、例えば、入射光の偏光とは独
立的な操作を行う装置が提供される。本発明のある実施
態様では、選択的なミラーの措置と透明電極間に形成さ
れた液晶動作する領域と協働する選択されたネマテイツ
ク物質により、各液晶層の全量にわたつて唯一種の液晶
物質を使用することが可能になり、内部バリアと屈折率
を整正する液体０必要がなくなるため、更に有利となる
。本発明はその望ましい実施態様において説明したが、
本文に用いた用語は限定するものではなく説明の表現で
あり、又頭書の特許請求の範囲内の変更は本発明のより
広い概念における範囲および主旨から逸脱することなく
可能であることを理解すべきである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の作用の説明に役立つ部分断面図、第２
Ａ図および第２Ｂ図はこれも又本発明の説明に役立つ第
１図と類似の簡単な断面図、第３図および第４図は従来
技術の光スィッチング．システムを更に理解させる図、
第５図は漸新な一体のスィツチの基本形態を示す一部断
面図、第６Ａ図乃至第６Ｄ図は本発明の他の基本形態を
示す第５図と類似の図、第７図、第８図、第８Ａ図、第
８Ｂ図、第９図および第９Ａ図は単位スイツチの更に外
の実施態様を示す一部断面図、第１０図は本発明による
２層形のマトリツクス・スイツチを示す一部断面図、第
１０Ａ図乃至第１０Ｆ図は第１０図のマトリツクス・ス
イツチの特性の説明に役立つ記号図、第１１図は３層の
光電作用による作用層を用いた本発明のマトリツクス・
スイツチを示す一部断面図、（第１１Ａ図は第１１図の
マトリツクス・スイツチ内の特定の１組の光線経路を示
す図）および第１２図は各々液晶物質のみからなる５層
の光電作用による作用層を有するマトリツクス・スイツ
チを示す一部断面図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 第１と第２の直線偏光状態になつた成分を含む入力
   光線を伝搬させる第１のポートが設けられており、この
   第１のポートは、電界作用により平行状態から垂直状態
   に分子配向を変化できるネマチツク材料の密閉層の第１
   の位置に所定の角度で入力光線を交差させ、第１の偏光
   状態の成分を反射しかつ第２の偏光状態の成分を透過さ
   せ、それぞれ発散する第２と第３の光線を形成すること
   ができ、その際所定の角度とは、２つの偏光成分に対す
   るネマチツク材料層の２つの臨界角の間の角度であり、
   発散する第２と第３の光線それぞれの偏光状態を交換す
   る偏光変換器が設けられており、また第２と第３の光線
   を方向転換する反射器が設けられており、これら光線を
   密閉層の第２の位置に所定の角度で交差させ、第２およ
   び第３の光線が、密閉層によりさらに方向転換して、合
   成光線を形成し、この合成光線が、第２のポートを通つ
   て入力光線とほぼ同じ方向に伝搬することを特徴とする
   、液晶マトリックス。