(57)【要約】【課題】位相変調の応答速度を高めた反射型液晶位相変調装置、反射型液晶位相変調システムを提供する。【解決手段】第１反射型液晶位相変調部１２−１は、第１偏光方向の光が液晶内を往復して入射光に対して出射光に位相差を与える。第２反射型液晶位相変調部１２−２は、第２偏光方向の光が液晶内を往復して入射光に対して出射光に位相差を与える。偏光ビームスプリッタ１３は、透過または反射した光を第１反射型液晶位相変調部１２−１または第２反射型液晶位相変調部１２−２に与える。第１の１／４波長板１４−１は、第１反射型液晶位相変調部１２−１と偏光ビームスプリッタ１３との間で往復する光を透過して、光の偏光方向を変える。第２の１／４波長板１４−２は、第２反射型液晶位相変調部１２−２と偏光ビームスプリッタ１３との間で往復する光を透過して、光の偏光方向を変える。【選択図】図１
2014066869.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１透明電極と第１反射電極とで挟持して封入された第１液晶を備え、前記第１液晶は長軸方向の配光軸が第１偏光方向の光の偏光軸と平行であり、前記第１透明電極から入射した第１偏光方向の光は前記第１液晶を透過し、透過した第１偏光方向の光は前記第１反射電極で反射して再び前記第１液晶を透過して前記第１透明電極から出射し、前記第１液晶を第１偏光方向の光を往復させ、前記第１液晶に印加する電圧に応じて前記第１液晶に入射する第１偏光方向の光に対して前記第１液晶を出射する第１偏光方向の光に位相差を与える第１反射型液晶位相変調部と、
第２透明電極と第２反射電極とで挟持して封入された第２液晶を備え、前記第２液晶は長軸方向の配光軸が第２偏光方向の光の偏光軸と平行であり、前記第２透明電極から入射した第２偏光方向の光は前記第２液晶を透過し、透過した第２偏光方向の光は前記第２反射電極で反射して再び前記第２液晶を透過して前記第２透明電極から出射し、前記第２液晶を第２偏光方向の光を往復させ、前記第２液晶に印加する電圧に応じて前記第２液晶に入射する第２偏光方向の光に対して前記第２液晶を出射する第２偏光方向の光に位相差を与える第２反射型液晶位相変調部と、
前記第１反射型液晶位相変調部と前記第２反射型液晶位相変調部との間に配置され、入射光を透過または反射して前記第１反射型液晶位相変調部に出射し、前記第１反射型液晶位相変調部に入射した光が前記第１反射型液晶位相変調部の第１液晶を往復して前記第１反射型液晶位相変調部を出射し、前記第１反射型液晶位相変調部を出射した光を透過または反射して前記第２反射型液晶位相変調部に出射し、前記第２反射型液晶位相変調部に入射した光が前記第２反射型液晶位相変調部の第２液晶を往復して前記第２反射型液晶位相変調部を出射し、前記第２反射型液晶位相変調部を出射した光を透過または反射して出射する偏光ビームスプリッタと、
前記第１反射型液晶位相変調部と前記偏光ビームスプリッタとの間に設けられ、前記第１反射型液晶位相変調部と前記偏光ビームスプリッタとの間で往復する光を透過して、光の偏光方向を変える第１の１／４波長板と、
前記第２反射型液晶位相変調部と前記偏光ビームスプリッタとの間に設けられ、前記第２反射型液晶位相変調部と前記偏光ビームスプリッタとの間で往復する光を透過して、光の偏光方向を変える第２の１／４波長板と、
前記第１透明電極と前記第１反射電極との間ならびに前記第２透明電極と前記第２反射電極との間に電圧を供給して、前記第１液晶ならびに前記第２液晶に所定の電圧を印加する電圧供給部と
を有することを特徴とする反射型液晶位相変調装置。
【請求項２】
前記反射型液晶位相変調装置は、入射光と出射光の偏光方向が同一である
ことを特徴とする請求項１に記載の反射型液晶位相変調装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の反射型液晶位相変調装置を複数備え、前記複数の反射型液晶位相変調装置は、それぞれ別体の半導体基板に形成され、前記複数の反射型液晶位相変調装置のいずれか一の前記反射型液晶位相変調装置の出射光は、前記複数の反射型液晶位相変調装置のいずれか他の前記反射型液晶位相変調装置の入射光として与えられる
ことを特徴とする反射型液晶位相変調システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶を用いて光の位相を変調する反射型液晶位相変調装置、反射型液晶位相変調システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の液晶位相変調装置としては、例えば以下に示す特許文献１に記載されたものが知られている。この特許文献１に記載された装置では、出射光を入射光側に戻す反射型の液晶素子の屈折率を変化させることで、入射光に対して出射光の位相を変調する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１２２８５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来の液晶位相変調装置では、液晶素子に印加する電圧値を変化させて、入射する光の波長に対して少なくとも２πの位相変調を発生させる。このため、液晶層を一定の厚さ以上にする必要がある。すなわち、液晶層の厚さを厚くすれば、位相変調量を大きく設定することができ、０〜２πの十分な位相変調量を確保することができる。
【０００５】
一方、液晶層に印加する電圧の変化に対して、液晶が一定の位相変調量に達するまでの時間は、一般的に液晶層の厚さの２乗に比例する。このため、０〜２πの十分な位相変調量を確保するために液晶層の厚さを厚くすると、位相変調の応答速度が遅くなるといった不具合を招いていた。
【０００６】
本発明の目的は、０〜２πの位相差を確保して、位相変調の応答速度を高めた反射型液晶位相変調装置、反射型液晶位相変調システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、第１透明電極と第１反射電極とで挟持して封入された第１液晶を備え、前記第１液晶は長軸方向の配光軸が第１偏光方向の光の偏光軸と平行であり、前記第１透明電極から入射した第１偏光方向の光は前記第１液晶を透過し、透過した第１偏光方向の光は前記第１反射電極で反射して再び前記第１液晶を透過して前記第１透明電極から出射し、前記第１液晶を第１偏光方向の光を往復させ、前記第１液晶に印加する電圧に応じて前記第１液晶に入射する第１偏光方向の光に対して前記第１液晶を出射する第１偏光方向の光に位相差を与える第１反射型液晶位相変調部（１２−１）と、第２透明電極と第２反射電極とで挟持して封入された第２液晶を備え、前記第２液晶は長軸方向の配光軸が第２偏光方向の光の偏光軸と平行であり、前記第２透明電極から入射した第２偏光方向の光は前記第２液晶を透過し、透過した第２偏光方向の光は前記第２反射電極で反射して再び前記第２液晶を透過して前記第２透明電極から出射し、前記第２液晶を第２偏光方向の光を往復させ、前記第２液晶に印加する電圧に応じて前記第２液晶に入射する第２偏光方向の光に対して前記第２液晶を出射する第２偏光方向の光に位相差を与える第２反射型液晶位相変調部（１２−２）と、前記第１反射型液晶位相変調部と前記第２反射型液晶位相変調部との間に配置され、入射光を透過または反射して前記第１反射型液晶位相変調部に出射し、前記第１反射型液晶位相変調部に入射した光が前記第１反射型液晶位相変調部の第１液晶を往復して前記第１反射型液晶位相変調部を出射し、前記第１反射型液晶位相変調部を出射した光を透過または反射して前記第２反射型液晶位相変調部に出射し、前記第２反射型液晶位相変調部に入射した光が前記第２反射型液晶位相変調部の第２液晶を往復して前記第２反射型液晶位相変調部を出射し、前記第２反射型液晶位相変調部を出射した光を透過または反射して出射する偏光ビームスプリッタ（１３）と、前記第１反射型液晶位相変調部と前記偏光ビームスプリッタとの間に設けられ、前記第１反射型液晶位相変調部と前記偏光ビームスプリッタとの間で往復する光を透過して、光の偏光方向を変える第１の１／４波長板（１４−１）と、前記第２反射型液晶位相変調部と前記偏光ビームスプリッタとの間に設けられ、前記第２反射型液晶位相変調部と前記偏光ビームスプリッタとの間で往復する光を透過して、光の偏光方向を変える第２の１／４波長板（１４−２）と、前記第１透明電極と前記第１反射電極との間ならびに前記第２透明電極と前記第２反射電極との間に電圧を供給して、前記第１液晶ならびに前記第２液晶に所定の電圧を印加する電圧供給部（１５）とを有することを特徴とする反射型液晶位相変調装置を提供する。
【０００８】
本発明は、上記反射型液晶位相変調装置において、前記反射型液晶位相変調装置は、入射光と出射光の偏光方向が同一であることが好ましい。
【０００９】
本発明は、上記反射型液晶位相変調装置を複数備え、前記複数の反射型液晶位相変調装置は、それぞれ別体の半導体基板に形成され、前記複数の反射型液晶位相変調装置のいずれか一の前記反射型液晶位相変調装置の出射光は、前記複数の反射型液晶位相変調装置のいずれか他の前記反射型液晶位相変調装置の入射光として与えられることを特徴とする反射型液晶位相変調システムを提供する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の反射型液晶位相変調装置または反射型液晶位相変調システムによれば、入射光に対して出射光に位相を与える位相変調の応答時間を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１実施形態に係る反射型液晶位相変調装置の構成を示す図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る反射型液晶位相変調装置の光路を説明するための図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係る反射型液晶位相変調システムの構成ならびに光路を説明するための図である。
【図４】本発明の第３実施形態に係る反射型液晶位相変調装置の構成を示す図である。
【図５】本発明の第３実施形態に係る反射型液晶位相変調装置の光路を説明するための図である。
【図６】本発明の第４実施形態に係る反射型液晶位相変調システムの構成ならびに光路を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を用いて本発明を実施するための実施形態を説明する。
【００１３】
（第１実施形態）
図１を参照して、本発明の第１実施形態に係る反射型液晶位相変調装置の構成を説明する。図１において、反射型液晶位相変調装置１１は、第１反射型液晶位相変調部１２−１、第２反射型液晶位相変調部１２−２、偏光ビームスプリッタ１３、第１の１／４波長板１４−１、第２の１／４波長板１４−２、電圧供給部１５を備える。
【００１４】
第１反射型液晶位相変調部１２−１は、直方形状の偏光ビームスプリッタ１３の一方面に対向して配置される。第１反射型液晶位相変調部１２−１は、１枚の半導体基板に形成された反射型液晶素子で構成される。第１反射型液晶位相変調部１２−１は、第１透明電極（図示せず、以下透明電極と呼ぶ）と第１反射電極（図示せず、以下反射電極と呼ぶ）とで挟持して封入された第１液晶（図示せず、以下液晶と呼ぶ）を備える。第１反射型液晶位相変調部１２−１を構成する液晶は、液晶の長軸方向の配光軸が第１偏光方向の光の偏光軸と平行である。
【００１５】
ここで、特定の方向に偏光した光であって、光の入射方向に対してＹ軸方向の直線偏光の光をＳ偏光の光とし、入射方向に対してＹ軸方向と直交するＸ軸方向の直線偏光の光をＰ偏光の光とする。すなわち、光の入射面に垂直な方向をＺ軸方向とするとＹ軸方向の光をＳ偏光の光とし、Ｘ軸方向の光をＰ偏光の光とする。この第１実施形態ならびに後述する第２実施形態では、第１偏光方向の光をＳ偏光の光とし、第２偏光方向の光をＰ偏光の光とする。
【００１６】
第１反射型液晶位相変調部１２−１は、透明電極から入射した第１偏光方向の光が液晶を透過し、透過した第１偏光方向の光は反射電極で反射して再び液晶を透過して透明電極から出射する。このように、第１反射型液晶位相変調部１２−１は、光が液晶内を往復することで、入射光に対して出射光に位相差を与える。
【００１７】
第２反射型液晶位相変調部１２−２は、直方形状の偏光ビームスプリッタ１３の他方面に対向して配置される。偏光ビームスプリッタ１３の一方面と他方面とは、対向する面を構成する。したがって、第２反射型液晶位相変調部１２−２は、偏光ビームスプリッタ１３を介して第１反射型液晶位相変調部１２−１と対向して配置される。
【００１８】
第２反射型液晶位相変調部１２−２は、第１反射型液晶位相変調部１２−１を構成する１枚の半導体基板とは別体の１枚の半導体基板に形成された反射型液晶素子で構成される。第２反射型液晶位相変調部１２−２は、第２透明電極（図示せず、以下透明電極と呼ぶ）と第２反射電極（図示せず、以下反射電極と呼ぶ）とで挟持して封入された液晶（図示せず、以下液晶と呼ぶ）を備える。第２反射型液晶位相変調部１２−２を構成する第２液晶は、液晶の長軸方向の配光軸が第２偏光方向の光の偏光軸と平行である。
【００１９】
第２反射型液晶位相変調部１２−２は、透明電極から入射した第２偏光方向の光が液晶を透過し、透過した第２偏光方向の光は反射電極で反射して再び液晶を透過して透明電極から出射する。このように、第２反射型液晶位相変調部１２−２は、光が液晶内を往復することで、入射光に対して出射光に位相差を与える。
【００２０】
なお、本発明のすべての実施形態において、液晶に対して入出射する光は、光が液晶に入出射する入出射面に対して概ね垂直に入出射する。
【００２１】
ここで用いる反射型液晶素子は、ネマチック液晶を用いるものが好ましい。ネマチック液晶は、水平配向（ホモジニアス配向）と垂直配向（ホメオトロピック配向）とがある。水平配向は、電圧が印加されていない状態で液晶分子の長軸方向が透明電極面と略平行となる。垂直配向は、電圧が印加されていない状態で液晶分子の長軸方向が透明電極面と略垂直となる。水平配向には、正の誘電異方性（Δε＞０）を有する液晶材料を用い、垂直配向には、負の誘電異方性（Δε＜０）を用いる。
【００２２】
なお、本発明の各実施形態における反射型液晶素子の液晶層は、水平配向または垂直配向のどちらでもよい。 垂直配向型の場合には、液晶に電圧を印加して一定の電圧値以上であると液晶の長軸方向が透明電極面に沿った一方向に配向する。したがって、水平配向型および垂直配向型は、電圧が印加されていない状態では、いずれも液晶層に印加する電圧値によって液晶分子の長軸方向の向きが変化する。しかし、水平配向型と垂直配向型とは、電圧値の大きさと液晶分子の長軸方向の向きとの関係が逆になるだけであって、いずれも入射する光の位相を変調させる機能を有する。
【００２３】
以下の実施形態の説明においては、液晶層が垂直配向の場合について説明する。また、一対となる垂直方向の配向膜の配向方向は、互いに反平行方向となるように構成される。
【００２４】
反射型液晶素子は、複数の画素により構成され、各々の画素に対して独立して個別に任意の電圧値を与えることができる。ただし、各画素に印加できる電圧の最大値は、反射型液晶素子の設計耐圧と、電圧供給側の構成によって決まり、一般的には例えば４Ｖ程度である。この電圧値を上限として、液晶に印加する電圧に応じて各画素で入射光に対して出射光に任意の位相差を与えることができる。
【００２５】
ここで、反射型液晶素子によって与えられる位相差を説明する。
【００２６】
１枚の半導体基板に形成された反射型液晶素子の液晶に電圧を印加した場合と、印加していない場合との出射光の位相差△φ１は、次式（１）で表される。すなわち、入射光が所定の電圧が印加された液晶内を透過し、透過した光が反射電極で反射し、再度液晶を透過して出射し、液晶内を光が１往復することで、入射光に対して出射光に△φ１の位相差が与えられる。
【００２７】
Δφ１＝２×Δｎ×ｄ×２π／λ  …（１） 
上式（１）において、液晶層の厚さをｄ、入射光の波長をλ、液晶に所定の電圧を印加したときの屈折率異方性を△ｎとする。屈折率異方性△ｎは、（ｎｅ−ｎｏ）となり、液晶の長軸方向の屈折率をｎｅ、液晶の短軸方向の屈折率をｎｏとする。
【００２８】
この第１実施形態の反射型液晶位相変調装置１１では、第１反射型液晶位相変調部１２−１と第２反射型液晶位相変調部１２−２とを備えている。この構成により、光が第１反射型液晶位相変調部１２−１の液晶内を１往復し、第１反射型液晶位相変調部１２−１の液晶内を１往復した光は、第２反射型液晶位相変調部１２−２の液晶内を１往復する。このときの、第１反射型液晶位相変調部１２−１の入射光に対する第２反射型液晶位相変調部１２−２の出射光の位相差△φ２は、次式（２）で表される。
【００２９】
Δφ２＝４×Δｎ×ｄ×２π／λ  …（２）
上式（２）は、上式（１）に比べて２倍の位相差が与えられることを示している。
【００３０】
このように、２つの反射型液晶位相変調部のそれぞれで光を往復させることで、光が液晶を１回往復した場合に比べて、液晶層の厚みｄが同じ場合には２倍の位相差が得られることになる。言い換えれば、同じ位相差を得るためには、１つの反射型液晶位相変調部の液晶層の厚みｄは１／２の厚みでよいことが分かる。
【００３１】
この第１実施形態の反射型液晶位相変調装置１１では、２つの反射型液晶位相変調部を備えた構成を採用している。これにより、それぞれの反射型液晶位相変調部の液晶に印加できる最大電圧で第１反射型液晶位相変調部１２−１の入射光に対して第２反射型液晶位相変調部１２−２の出射光に０〜２πの範囲の位相変調制御が可能であればよい。すなわち、１つの反射型液晶位相変調部において、少なくとも０〜πの範囲の位相変調制御が可能であればよい。
【００３２】
偏光ビームスプリッタ１３は、第１反射型液晶位相変調部１２−１と第２反射型液晶位相変調部１２−２との間に配置される。偏光ビームスプリッタ１３は、直方形状の対角線に沿って偏光分離面１３ａが形成されている。偏光ビームスプリッタ１３は、偏光分離面１３ａで入射光を透過または反射する。すなわち、偏光ビームスプリッタ１３は、入射光の内、Ｓ偏光の入射光を９０度反射し、Ｐ偏光の入射光を透過する。
【００３３】
偏光ビームスプリッタ１３は、Ｓ偏光の入射光を９０度反射して第１反射型液晶位相変調部１２−１に出射する。偏光ビームスプリッタ１３は、第１反射型液晶位相変調部１２−１から出射してＰ偏光の光を透過して第２反射型液晶位相変調部１２−２に出射する。偏光ビームスプリッタ１３は、第２反射型液晶位相変調部１２−２から出射してＳ偏光の光を９０度反射して出射する。
【００３４】
第１の１／４波長板１４−１は、第１反射型液晶位相変調部１２−１と偏光ビームスプリッタ１３との間に配置される。第１の１／４波長板１４−１は、偏光ビームスプリッタ１３と第１反射型液晶位相変調部１２−１との間で往復する光を透過して、光の偏光方向を変える。すなわち、第１の１／４波長板１４−１は、偏光ビームスプリッタ１３から出射したＳ偏光の光を透過し、透過したＳ偏光の光が第１反射型液晶位相変調部１２−１を往復して透過することで、Ｓ偏光の光をＰ偏光の光に変える。
【００３５】
第２の１／４波長板１４−２は、第２反射型液晶位相変調部１２−２と偏光ビームスプリッタ１３との間に配置される。第２の１／４波長板１４−２は、偏光ビームスプリッタ１３と第２反射型液晶位相変調部１２−２との間で往復する光を透過して、光の偏光方向を変える。すなわち、第２の１／４波長板１４−２は、偏光ビームスプリッタ１３から出射したＰ偏光の光を透過し、透過したＰ偏光の光が第２反射型液晶位相変調部１２−２を往復して透過することで、Ｐ偏光の光をＳ偏光の光に変える。
【００３６】
電圧供給部１５は、第１反射型液晶位相変調部１２−１ならびに第２反射型液晶位相変調部１２−２の液晶に所定の電圧を供給する。電圧供給部１５は、それぞれの変調部の液晶に対して、それぞれ独立して個別に任意の電圧を供給する。液晶に供給する電圧は、液晶の耐圧によって決まる最大印加電圧を上限として、各反射型液晶位相変調部で得ようとする位相差に応じて設定される。液晶に供給する電圧は、液晶の焼き付きを抑制するために、交流電圧が好ましい。
【００３７】
次に、図２を参照して、反射型液晶位相変調装置１１における光の光路、ならびに入射光に与えられる位相差について説明する。
【００３８】
反射型液晶位相変調装置１１の入射光となる、Ｙ軸方向の直線偏光であるＳ偏光の光２１ａは、偏光ビームスプリッタ１３に入射する。偏光ビームスプリッタ１３に入射した光２１ａは、偏光分離面１３ａで９０度反射し、反射した光２１ｂは第１の１／４波長板１４−１に入射する。第１の１／４波長板１４−１に入射した光２１ｂは、第１の１／４波長板１４−１を透過して円偏光の光となり、第１反射型液晶位相変調部１２−１に入射する。
【００３９】
Ｓ偏光と平行な配向軸の液晶で構成される第１反射型液晶位相変調部１２−１に入射した光２１ｂは、第１反射型液晶位相変調部１２−１の液晶を透過して反射電極で反射する。反射電極で反射した光２１ｃは、再び第１反射型液晶位相変調部１２−１の液晶を透過して、第１反射型液晶位相変調部１２−１から出射する。このとき、第１反射型液晶位相変調部１２−１の液晶は、電圧供給部１５から所定の電圧が印加され、印加された電圧値に応じて液晶分子が傾斜している。
【００４０】
これにより、光が第１反射型液晶位相変調部１２−１の液晶内を往復することで、第１反射型液晶位相変調部１２−１の液晶に入射する光２１ｂに対して同液晶から出射する光２１ｃに位相差を与えることができる。すなわち、光２１ｂに対して光２１ｃには、第１反射型液晶位相変調部１２−１の液晶に印加される電圧に応じて、０〜πの範囲の位相差を与えることが可能となる。
【００４１】
第１反射型液晶位相変調部１２−１から出射した光２１ｃは、第１の１／４波長板１４−１を透過する。これにより、光２１ｃはＸ軸方向の直線偏光であるＰ偏光の光に変わる。Ｐ偏光に変わった光２１ｃは、偏光ビームスプリッタ１３に入射する。光２１ｃはＰ偏光の光なので、偏光ビームスプリッタ１３の偏光分離面１３ａを透過する。透過した光２１ｃは、第２の１／４波長板１４−２に入射する。第２の１／４波長板１４−２に入射した光２１ｃは、第２の１／４波長板１４−２を透過して円偏光の光となり、第２反射型液晶位相変調部１２−２に入射する。
【００４２】
Ｐ偏光と平行な配向軸の液晶で構成される第２反射型液晶位相変調部１２−２に入射した光２１ｃは、第２反射型液晶位相変調部１２−２の液晶を透過して反射電極で反射する。反射電極で反射した光２１ｄは、再び第２反射型液晶位相変調部１２−２の液晶を透過して、第２反射型液晶位相変調部１２−２から出射する。このとき、第２反射型液晶位相変調部１２−２の液晶は、電圧供給部１５から所定の電圧が印加され、印加された電圧値に応じて液晶分子が傾斜している。
【００４３】
これにより、光が第２反射型液晶位相変調部１２−２の液晶内を往復することで、第２反射型液晶位相変調部１２−２の液晶に入射する光２１ｃに対して同液晶から出射する光２１ｄに位相差を与えることができる。すなわち、光２１ｃに対して光２１ｄには、第２反射型液晶位相変調部１２−２の液晶に印加される電圧に応じて、０〜πの範囲の位相差を与えることが可能となる。
【００４４】
第２反射型液晶位相変調部１２−２から出射した光２１ｄは、第２の１／４波長板１４−２を透過する。これにより、光２１ｄはＹ軸方向の直線偏光であるＳ偏光の光に変わる。Ｓ偏光に変わった光２１ｄは、偏光ビームスプリッタ１３に入射する。光２１ｄはＳ偏光の光なので、偏光ビームスプリッタ１３の偏光分離面１３ａで９０度反射する。反射した光２１ｅは、偏光ビームスプリッタ１３から出射し、反射型液晶位相変調装置１１の出射光となる。
【００４５】
このような光路において、反射型液晶位相変調装置１１に入射する光２１ａに対して出射される光２１ｅが持つ位相差は、第１反射型液晶位相変調部１２−１で与えられた位相差と、第２反射型液晶位相変調部１２−２で与えられた位相差との和となる。これにより、反射型液晶位相変調装置１１は、各反射型液晶位相変調部の印加電圧に応じて、入射光に対して出射光に０〜２πまでの範囲で任意の位相差を与えることができる。
【００４６】
次に、反射型液晶位相変調装置１１における位相変調の応答速度について説明する。
【００４７】
上記構成において、以下に示す測定要件で位相変調の応答速度を測定した。入射光を例えばＳ偏光で波長１５５０ｎｍ程度の光とした。反射型液晶位相変調装置１１の出射光側に入射光の偏光方向と直交するＸ軸方向に対し４５度の角度の光のみを透過する偏光子を配置した。電圧供給部１５から交流電圧を各液晶領域に印加した場合と、印加しない場合とにおける光透過光量の時間的変化を光検出器とオシロスコープを用いて測定した。
【００４８】
ここで、位相変調の応答速度とは、光透過光量が最大値の１０％程度から９０％程度まで遷移する時間と、逆に９０％程度から１０％程度まで遷移する時間との合計とした。また、０〜２πの位相差を確保するために、各反射型液晶位相変調部における液晶の厚みｄは５μｍ程度とした。各液晶領域における液晶の屈折率異方性△ｎは、０．１２（測定波長１５５０ｎｍ）程度であった。このような測定要件で、位相変調の応答速度を測定した結果、４５ｍｓｅｃ程度の応答速度が得られた。
【００４９】
これに対して、反射型液晶位相変調が１枚の半導体基板に形成されて、光が液晶を１往復するような従来の構成において、上記と同様の位相差を得る際の応答時間を測定した。測定要件としては、上記測定時と同じ液晶を使用し、液晶の厚みｄを１０μｍ程度とした。このような測定要件で、位相変調の応答速度を測定した結果、応答速度は１８０ｍｓｅｃ程度であった。
【００５０】
上記測定結果から分かるように、この実施形態１における反射型液晶位相変調装置１１では、０〜２πの十分な位相差を確保して、位相変調の応答時間を向上することができる。
【００５１】
以上説明したように、この実施形態１によれば、異なる半導体基板に形成されたそれぞれの反射型液晶位相変調部の液晶で光を往復させる構成を採用している。これにより、それぞれの反射型液晶位相変調部の液晶の厚みｄを厚くすることなく、０〜２πの十分な位相差を確保して、位相変調の応答時間を高速化することができる。
【００５２】
特に、この第１実施形態における反射型液晶位相変調装置１１は、位相変調しようとする光の波長が長く、例えば１５５０ｎｍ程度の波長帯域の光に対して、大きな位相差が要求される光通信で使用する位相変調装置に好適に用いることができる。
【００５３】
それぞれの反射型液晶位相変調部は、それぞれ別体の半導体基板に形成される。これにより、それぞれの反射型液晶位相変調部を１枚の半導体基板に形成した場合に比べて、入射光の波長の数に対応した解像度を劣化させることなく、異なる波長の入射光に対してそれぞれ個別かつ独立して任意に位相変調を行うことができる。
【００５４】
反射型液晶位相変調装置１１に入射する光は、光が液晶に入射する入射面に対して概ね垂直となる。これにより、液晶分子の複屈折依存性の影響が抑制され、出射光のコントラスト比が高く、精密な位相パターンを得ることが可能となる。
【００５５】
これに対して、光が液晶の入射面に対して角度を持つ場合には、液晶分子の複屈折依存性の影響を受けやすくなり、出射光のコントラスト比が低下し、精密な位相パターンが得られなくなる。
【００５６】
この第１の実施形態では、偏光ビームスプリッタや１／４波長板を用いているので、装置を簡易かつ小型に構成することが可能となる。
【００５７】
（第２実施形態）  
図３を参照して、本発明の第２実施形態に係る反射型液晶位相変調システムの構成を説明する。図３において、この第２実施形態の反射型液晶位相変調システム３１は、第１実施形態の反射型液晶位相変調装置１１を２つ備えて構成される。すなわち、反射型液晶位相変調システム３１は、光をそれぞれ別体の半導体基板に形成された４つの液晶内をそれぞれ往復させることで位相差を得ている。
【００５８】
反射型液晶位相変調システム３１は、第１実施形態の反射型液晶位相変調装置１１と同様な構成の第１反射型液晶位相変調装置３１−１ならびに第２反射型液晶位相変調装置３１−２とを備える。第１反射型液晶位相変調装置３１−１の出射光は、第２反射型液晶位相変調装置３１−２の入射光となる。
【００５９】
なお、図３において、図１と同様の構成には同符号を付して、その説明は省略する。
【００６０】
この第２実施形態では、光がそれぞれ別体の半導体基板に形成された４つの液晶内をそれぞれ往復する構成を採用している。この構成により、光がそれぞれ４つの液晶を往復したときの位相差△φ３は、次式（３）で表される。
【００６１】
Δφ３＝８×Δｎ×ｄ×２π／λ  …（３）
上式（３）は、第１実施形態で示した式（１）に比べて４倍の位相差が与えられることを示している。
【００６２】
このように、光がそれぞれ別体の半導体基板に形成された４つの液晶内をそれぞれ往復することで、光が１つの液晶を１回往復した場合に比べて、液晶層の厚みｄが同じ場合には４倍の位相差が得られることになる。言い換えれば、同じ位相差を得るためには、液晶層の厚みｄは１／４の厚みとすることが可能となる。
【００６３】
次に、図３を参照して、反射型液晶位相変調システム３１における光の光路、ならびに入射光に与えられる位相差について説明する。
【００６４】
反射型液晶位相変調システム３１の入射光となる、Ｙ軸方向の直線偏光であるＳ偏光の光２１ａは、第１反射型液晶位相変調装置３１−１の偏光ビームスプリッタ１３に入射する。偏光ビームスプリッタ１３に入射した光２１ａは、偏光分離面１３ａで９０度反射し、反射した光２１ｂは、第１反射型液晶位相変調装置３１−１の第１の１／４波長板１４−１に入射する。第１の１／４波長板１４−１に入射した光２１ｂは、第１の１／４波長板１４−１を透過して円偏光の光となり、第１反射型液晶位相変調装置３１−１の第１反射型液晶位相変調部１２−１に入射する。
【００６５】
Ｓ偏光と平行な配向軸の液晶で構成される第１反射型液晶位相変調部１２−１に入射した光２１ｂは、第１反射型液晶位相変調部１２−１の液晶を透過して反射電極で反射する。反射電極で反射した光２１ｃは、再び第１反射型液晶位相変調部１２−１の液晶を透過して、第１反射型液晶位相変調部１２−１から出射する。このとき、第１反射型液晶位相変調装置３１−１の第１反射型液晶位相変調部１２−１の液晶は、電圧供給部１５から所定の電圧が印加され、印加された電圧値に応じて液晶分子が傾斜している。
【００６６】
これにより、光が第１反射型液晶位相変調部１２−１の液晶内を往復することで、第１反射型液晶位相変調部１２−１の液晶に入射する光２１ｂに対して同液晶から出射する光２１ｃに位相差を与えることができる。すなわち、光２１ｂに対して光２１ｃには、第１反射型液晶位相変調装置３１−１の第１反射型液晶位相変調部１２−１の液晶に印加される電圧に応じて、０〜π／２の範囲の位相差を与えることが可能となる。
【００６７】
第１反射型液晶位相変調部１２−１から出射した光２１ｃは、第１反射型液晶位相変調装置３１−１の第１の１／４波長板１４−１を透過する。これにより、光２１ｃはＸ軸方向の直線偏光であるＰ偏光の光に変わる。Ｐ偏光に変わった光２１ｃは、第１反射型液晶位相変調装置３１−１の偏光ビームスプリッタ１３に入射する。光２１ｃはＰ偏光の光なので、偏光ビームスプリッタ１３の偏光分離面１３ａを透過する。透過した光２１ｃは、第１反射型液晶位相変調装置３１−１の第２の１／４波長板１４−２に入射する。第２の１／４波長板１４−２に入射した光２１ｃは、第２の１／４波長板１４−２を透過して円偏光の光となり、第１反射型液晶位相変調装置３１−１の第２反射型液晶位相変調部１２−２に入射する。
【００６８】
Ｐ偏光と平行な配向軸の液晶で構成される第２反射型液晶位相変調部１２−２に入射した光２１ｃは、第２反射型液晶位相変調部１２−２の液晶を透過して反射電極で反射する。反射電極で反射した光２１ｄは、再び第２反射型液晶位相変調部１２−２の液晶を透過して、第２反射型液晶位相変調部１２−２から出射する。このとき、第１反射型液晶位相変調装置３１−１の第２反射型液晶位相変調部１２−２の液晶は、電圧供給部１５から所定の電圧が印加され、印加された電圧値に応じて液晶分子が傾斜している。
【００６９】
これにより、光が第２反射型液晶位相変調部１２−２の液晶内を往復することで、第２反射型液晶位相変調部１２−２の液晶に入射する光２１ｃに対して同液晶から出射する光２１ｄに位相差を与えることができる。すなわち、光２１ｃに対して光２１ｄには、第１反射型液晶位相変調装置３１−１の第２反射型液晶位相変調部１２−２の液晶に印加される電圧に応じて、０〜π／２の範囲の位相差を与えることが可能となる。
【００７０】
第２反射型液晶位相変調部１２−２から出射した光２１ｄは、第１反射型液晶位相変調装置３１−１の第２の１／４波長板１４−２を透過する。これにより、光２１ｄはＹ軸方向の直線偏光であるＳ偏光の光に変わる。Ｓ偏光に変わった光２１ｄは、第１反射型液晶位相変調装置３１−１の偏光ビームスプリッタ１３に入射する。光２１ｄはＳ偏光の光なので、偏光ビームスプリッタ１３の偏光分離面１３ａで９０度反射する。反射した光２１ｅは、偏光ビームスプリッタ１３から出射し、第２反射型液晶位相変調装置３１−２の入射光となる。
【００７１】
第２反射型液晶位相変調装置３１−２の入射光となる、Ｙ軸方向の直線偏光であるＳ偏光の光２１ｅは、第２反射型液晶位相変調装置３１−２の偏光ビームスプリッタ１３に入射する。偏光ビームスプリッタ１３に入射した光２１ｅは、偏光分離面１３ａで９０度反射し、反射した光２１ｆは、第２反射型液晶位相変調装置３１−２の第１の１／４波長板１４−１に入射する。第１の１／４波長板１４−１に入射した光２１ｆは、第１の１／４波長板１４−１を透過して円偏光の光となり、第２反射型液晶位相変調装置３１−２の第１反射型液晶位相変調部１２−１に入射する。
【００７２】
Ｓ偏光と平行な配向軸の液晶で構成される第１反射型液晶位相変調部１２−１に入射した光２１ｆは、第１反射型液晶位相変調部１２−１の液晶を透過して反射電極で反射する。反射電極で反射した光２１ｇは、再び第１反射型液晶位相変調部１２−１の液晶を透過して、第１反射型液晶位相変調部１２−１から出射する。このとき、第２反射型液晶位相変調装置３１−２の第１反射型液晶位相変調部１２−１の液晶は、電圧供給部１５から所定の電圧が印加され、印加された電圧値に応じて液晶分子が傾斜している。
【００７３】
これにより、光が第１反射型液晶位相変調部１２−１の液晶内を往復することで、第１反射型液晶位相変調部１２−１の液晶に入射する光２１ｆに対して同液晶から出射する光２１ｇに位相差を与えることができる。すなわち、光２１ｆに対して光２１ｇには、第２反射型液晶位相変調装置３１−２の第１反射型液晶位相変調部１２−１の液晶に印加される電圧に応じて、０〜π／２の範囲の位相差を与えることが可能となる。
【００７４】
第２反射型液晶位相変調装置３１−２の第１反射型液晶位相変調部１２−１から出射した光２１ｇは、第２反射型液晶位相変調装置３１−２の第１の１／４波長板１４−１を透過する。これにより、光２１ｇはＸ軸方向の直線偏光であるＰ偏光の光に変わる。Ｐ偏光に変わった光２１ｇは、第２反射型液晶位相変調装置３１−２の偏光ビームスプリッタ１３に入射する。光２１ｇはＰ偏光の光なので、偏光ビームスプリッタ１３の偏光分離面１３ａを透過する。透過した光２１ｇは、第２反射型液晶位相変調装置３１−２の第２の１／４波長板１４−２に入射する。第２の１／４波長板１４−２に入射した光２１ｇは、第２の１／４波長板１４−２を透過して円偏光の光となり、第２反射型液晶位相変調装置３１−２の第２反射型液晶位相変調部１２−２に入射する。
【００７５】
Ｐ偏光と平行な配向軸の液晶で構成される第２反射型液晶位相変調部１２−２に入射した光２１ｇは、第２反射型液晶位相変調部１２−２の液晶を透過して反射電極で反射する。反射電極で反射した光２１ｈは、再び第２反射型液晶位相変調部１２−２の液晶を透過して、第２反射型液晶位相変調部１２−２から出射する。このとき、第２反射型液晶位相変調装置３１−２の第２反射型液晶位相変調部１２−２の液晶は、電圧供給部１５から所定の電圧が印加され、印加された電圧値に応じて液晶分子が傾斜している。
【００７６】
これにより、光が第２反射型液晶位相変調部１２−２の液晶内を往復することで、第２反射型液晶位相変調部１２−２の液晶に入射する光２１ｇに対して同液晶から出射する光２１ｈに位相差を与えることができる。すなわち、光２１ｇに対して光２１ｈには、第２反射型液晶位相変調装置３１−２の第２反射型液晶位相変調部１２−２の液晶に印加される電圧に応じて、０〜π／２の範囲の位相差を与えることが可能となる。
【００７７】
第２反射型液晶位相変調部１２−２から出射した光２１ｈは、第２反射型液晶位相変調装置３１−２の第２の１／４波長板１４−２を透過する。これにより、光２１ｈはＹ軸方向の直線偏光であるＳ偏光の光に変わる。Ｓ偏光に変わった光２１ｈは、第２反射型液晶位相変調装置３１−２の偏光ビームスプリッタ１３に入射する。光２１ｈはＳ偏光の光なので、偏光ビームスプリッタ１３の偏光分離面１３ａで９０度反射する。反射した光２１ｉは、偏光ビームスプリッタ１３から出射し、反射型液晶位相変調システム３１の出射光となる。
【００７８】
このような光路において、反射型液晶位相変調システム３１に入射する光２１ａに対して出射される光２１ｉが持つ位相差は、それぞれの装置で得られる位相差の和となる。すなわち、光２１ｉに与えられる位相差は、第１反射型液晶位相変調装置３１−１で与えられた位相差と、第２反射型液晶位相変調装置３１−２与えられた位相差との和となる。
【００７９】
これにより、反射型液晶位相変調システム３１は、各装置の液晶に印加される電圧に応じて、入射光に対して出射光に０〜２πまでの範囲で任意の位相差を与えることができる。
【００８０】
この第２実施形態の構成において、液晶の厚みｄを２．５μｍ程度とし、先の実施形態１と同様の測定要件で位相変調の応答速度を測定した。測定の結果、１０ｍｓｅｃ程度の応答速度が得られた。
【００８１】
上記測定結果から分かるように、この第２実施形態における反射型液晶位相変調システム３１では、０〜２πの十分な位相差を確保して、先の第１実施形態に比べて位相変調の応答時間をさらに高速化することができる。
【００８２】
以上説明したように、この第２実施形態の反射型液晶位相変調システム３１は、先の第１実施形態で採用した２つの反射型液晶位相変調装置を備えた。これにより、先の第１実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに、この第２実施形態の反射型液晶位相変調システム３１は、先の第１実施形態に比べて、よりいっそう位相変調の応答速度を高速化することができる。
【００８３】
なお、この第２実施形態では、先の第１実施形態で採用した反射型液晶位相変調装置を２つ備えて構成したが、２以上の反射型液晶位相変調装置を備えてもよい。
【００８４】
（第３実施形態）    
図４を参照して、本発明の第３実施形態に係る反射型液晶位相変調装置の構成を説明する。この第３実施形態ならびに後述する第４実施形態では、第１偏光方向の光をＰ偏光の光とし、第２偏光方向の光をＳ偏光の光としている。これにより、先の第１実施形態の反射型液晶位相変調装置１１は、入射光ならびに出射光はＳ偏光の光であるのに対して、この第３実施形態の反射型液晶位相変調装置４１は、入射光ならびに出射光はＰ偏光の光となる。
【００８５】
この第３実施形態では、Ｐ偏光の光を入射光ならびに出射光としている。このため、図４において、反射型液晶位相変調装置４１は、先の第１実施形態の反射型液晶位相変調装置１１の構成に比べて、第１反射型液晶位相変調部１２−１の配置位置を変更している。
【００８６】
この第３実施形態の第１反射型液晶位相変調部１２−１は、第２反射型液晶位相変調部１２−２と対向する偏光ビームスプリッタ１３の他方面と直交する偏光ビームスプリッタ１３の面に対向して配置される。すなわち、第１反射型液晶位相変調部１２−１と第２反射型液晶位相変調部１２−２とは、それぞれの液晶の入出射面が９０度の角度となるように配置される。
【００８７】
この配置位置の変更にともなって、第１の１／４波長板１４−１は、第１反射型液晶位相変調部１２−１と偏光ビームスプリッタ１３との間に配置される。
【００８８】
偏光ビームスプリッタ１３は、Ｐ偏光の入射光を透過して第１反射型液晶位相変調部１２−１に出射する。偏光ビームスプリッタ１３は、第１反射型液晶位相変調部１２−１から出射してＳ偏光の光を９０度反射して第２反射型液晶位相変調部１２−２に出射する。偏光ビームスプリッタ１３は、第２反射型液晶位相変調部１２−２から出射してＰ偏光の光を透過して反射型液晶位相変調装置４１から出射する。
【００８９】
第１の１／４波長板１４−１は、偏光ビームスプリッタ１３から出射したＰ偏光の光を透過し、透過したＰ偏光の光が第１反射型液晶位相変調部１２−１を往復して透過することで、Ｐ偏光の光をＳ偏光の光に変える。
【００９０】
第２の１／４波長板１４−２は、偏光ビームスプリッタ１３から出射したＳ偏光の光を透過し、透過したＳ偏光の光が第２反射型液晶位相変調部１２−２を往復して透過することで、Ｓ偏光の光をＰ偏光の光に変える。
【００９１】
反射型液晶位相変調装置４１は、他は第１実施形態の反射型液晶位相変調装置１１の構成と同様であるので、図４において、図１と同様の構成には同符号を付して、その説明は省略する。
【００９２】
これにより、反射型液晶位相変調装置４１は、Ｐ偏光の入射光に対してＰ偏光の出射光に、先の第１実施形態と同様に上記式（２）で示す位相差を与えることができる。
【００９３】
次に、図５を参照して、反射型液晶位相変調装置４１における光の光路、ならびに入射光に与えられる位相差について説明する。
【００９４】
反射型液晶位相変調装置４１の入射光となる、Ｘ軸方向の直線偏光であるＰ偏光の光４２ａは、偏光ビームスプリッタ１３に入射する。偏光ビームスプリッタ１３に入射した光４２ａは、偏光分離面１３ａを透過し、透過した光４２ａは第１の１／４波長板１４−１に入射する。第１の１／４波長板１４−１に入射した光４２ａは、第１の１／４波長板１４−１を透過して円偏光の光となり、第１反射型液晶位相変調部１２−１に入射する。
【００９５】
Ｐ偏光と平行な配向軸の液晶で構成される第１反射型液晶位相変調部１２−１に入射した光４２ａは、第１反射型液晶位相変調部１２−１の液晶を透過して反射電極で反射する。反射電極で反射した光４２ｂは、再び第１反射型液晶位相変調部１２−１の液晶を透過して、第１反射型液晶位相変調部１２−１から出射する。このとき、第１反射型液晶位相変調部１２−１の液晶は、電圧供給部１５から所定の電圧が印加され、印加された電圧値に応じて液晶分子が傾斜している。
【００９６】
これにより、光が第１反射型液晶位相変調部１２−１の液晶内を往復することで、第１反射型液晶位相変調部１２−１の液晶に入射する光４２ａに対して同液晶から出射する光４２ｂに位相差を与えることができる。すなわち、光４２ａに対して光４２ｂに第１反射型液晶位相変調部１２−１の液晶に印加される電圧に応じて、０〜πの範囲の位相差を与えることが可能となる。
【００９７】
第１反射型液晶位相変調部１２−１から出射した光４２ｂは、第１の１／４波長板１４−１を透過する。これにより、光４２ｂはＹ方向の直線偏光であるＳ偏光の光に変わる。Ｓ偏光に変わった光４２ｂは、偏光ビームスプリッタ１３に入射する。光４２ｂはＳ偏光の光なので、偏光ビームスプリッタ１３の偏光分離面１３ａで９０度反射する。反射した光４２ｃは、第２の１／４波長板１４−２に入射する。第２の１／４波長板１４−２に入射した光４２ｃは、第２の１／４波長板１４−２を透過して円偏光の光となり、第２反射型液晶位相変調部１２−２に入射する。
【００９８】
Ｓ偏光と平行な配向軸の液晶で構成される第２反射型液晶位相変調部１２−２に入射した光４２ｃは、第２反射型液晶位相変調部１２−２の液晶を透過して反射電極で反射する。反射電極で反射した光４２ｄは、再び第２反射型液晶位相変調部１２−２の液晶を透過して、第２反射型液晶位相変調部１２−２から出射する。このとき、第２反射型液晶位相変調部１２−２の液晶は、電圧供給部１５から所定の電圧が印加され、印加された電圧値に応じて液晶分子が傾斜している。
【００９９】
これにより、光が第２反射型液晶位相変調部１２−２の液晶内を往復することで、第２反射型液晶位相変調部１２−２の液晶に入射する光４２ｃに対して同液晶から出射する光４２ｄに位相差を与えることができる。すなわち、光４２ｃに対して光４２ｄには、第２反射型液晶位相変調部１２−２の液晶に印加される電圧に応じて、０〜πの範囲の位相差を与えることが可能となる。
【０１００】
第２反射型液晶位相変調部１２−２から出射した光４２ｄは、第２の１／４波長板１４−２を透過する。これにより、光４２ｄはＸ軸方向の直線偏光であるＰ偏光の光に変わる。Ｐ偏光に変わった光４２ｄは、偏光ビームスプリッタ１３に入射する。光４２ｄはＰ偏光の光なので、偏光ビームスプリッタ１３の偏光分離面１３ａを透過する。透過した光４２ｄは、偏光ビームスプリッタ１３から出射し、反射型液晶位相変調装置４１の出射光となる。
【０１０１】
このような光路において、反射型液晶位相変調装置４１に入射する光４２ａに対して出射される光４２ｄが持つ位相差は、第１反射型液晶位相変調部１２−１で与えられた位相差と、第２反射型液晶位相変調部１２−２で与えられた位相差との和となる。これにより、反射型液晶位相変調装置４１は、各液晶位相変調部の液晶に印加する電圧に応じて、Ｐ偏光の入射光に対してＰ偏光の出射光に０〜２πまでの範囲で任意の位相差を与えることができる。
【０１０２】
以上説明したように、この第３実施形態では、先の第１実施形態と同様に、２つの反射型液晶位相変調部を備え、それぞれの反射型液晶位相変調部で光を往復させる構成を採用している。これにより、Ｐ偏光の入射光ならびに出射光に対して、先の第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【０１０３】
（第４実施形態）
図６を参照して、本発明の第４実施形態に係る反射型液晶位相変調システムの構成を説明する。図６において、この第４実施形態の反射型液晶位相変調システム５１は、第３実施形態の反射型液晶位相変調装置４１を２つ備えて構成される。すなわち、反射型液晶位相変調システム５１は、光をそれぞれ別体の半導体基板に形成された４つの液晶内をそれぞれ往復させることで位相差を得ている。
【０１０４】
反射型液晶位相変調システム５１は、第３実施形態の反射型液晶位相変調装置４１と同様な構成の第１反射型液晶位相変調装置５１−１ならびに第２反射型液晶位相変調装置５１−２とを備える。第１反射型液晶位相変調装置５１−１の出射光は、第２反射型液晶位相変調装置５１−２の入射光となる。
【０１０５】
なお、図６において、図４と同様の構成には同符号を付して、その説明は省略する。
【０１０６】
この第４実施形態では、光がそれぞれ別体の半導体基板に形成された４つの液晶内をそれぞれ往復する構成を採用している。この構成により、光がそれぞれ４つの液晶を往復したときの位相差△φ３は、次式（３）で表される。
【０１０７】
Δφ３＝８×Δｎ×ｄ×２π／λ  …（３）
上式（３）は、先の第１実施形態で示した式（１）に比べて４倍の位相差が与えられることを示している。
【０１０８】
このように、光がそれぞれ別体の半導体基板に形成された４つの液晶内をそれぞれ往復することで、光が１つの液晶を１回往復した場合に比べて、液晶層の厚みｄが同じ場合には４倍の位相差が得られることになる。言い換えれば、同じ位相差を得るためには、液晶層の厚みｄは１／４の厚みとすることが可能となる。
【０１０９】
次に、図６を参照して、反射型液晶位相変調システム５１における光の光路、ならびに入射光に与えられる位相差について説明する。
【０１１０】
反射型液晶位相変調システム５１の入射光となる、Ｘ軸方向の直線偏光であるＰ偏光の光４２ａは、第１反射型液晶位相変調装置５１−１の偏光ビームスプリッタ１３に入射する。偏光ビームスプリッタ１３に入射した光４２ａは、偏光分離面１３ａを透過し、透過した光４２ａは、第１反射型液晶位相変調装置５１−１の第１の１／４波長板１４−１に入射する。第１の１／４波長板１４−１に入射した光４２ａは、第１の１／４波長板１４−１を透過して円偏光の光となり、第１反射型液晶位相変調装置５１−１の第１反射型液晶位相変調部１２−１に入射する。
【０１１１】
Ｐ偏光と平行な配向軸の液晶で構成される第１反射型液晶位相変調部１２−１に入射した光４２ａは、第１反射型液晶位相変調部１２−１の液晶を透過して反射電極で反射する。反射電極で反射した光４２ｂは、再び第１反射型液晶位相変調部１２−１の液晶を透過して、第１反射型液晶位相変調部１２−１から出射する。このとき、第１反射型液晶位相変調部１２−１の液晶は、電圧供給部１５から所定の電圧が印加され、印加された電圧値に応じて液晶分子が傾斜している。
【０１１２】
これにより、光が第１反射型液晶位相変調部１２−１の液晶内を往復することで、第１反射型液晶位相変調部１２−１の液晶に入射する光４２ａに対して同液晶から出射する光４２ｂに位相差を与えることができる。すなわち、光４２ａに対して光４２ｂに第１反射型液晶位相変調部１２−１の液晶に印加される電圧に応じて、０〜π／２の範囲の位相差を与えることが可能となる。
【０１１３】
第１反射型液晶位相変調装置５１−１の第１反射型液晶位相変調部１２−１から出射した光４２ｂは、第１反射型液晶位相変調装置５１−１の第１の１／４波長板１４−１を透過する。これにより、光４２ｂはＹ軸方向の直線偏光であるＳ偏光の光に変わる。Ｓ偏光に変わった光４２ｂは、第１反射型液晶位相変調装置５１−１の偏光ビームスプリッタ１３に入射する。光４２ｂはＳ偏光の光なので、偏光ビームスプリッタ１３の偏光分離面１３ａで９０度反射する。反射した光４２ｃは、第１反射型液晶位相変調装置５１−１の第２の１／４波長板１４−２に入射する。第２の１／４波長板１４−２に入射した光４２ｃは、第２の１／４波長板１４−２を透過して円偏光の光となり、第１反射型液晶位相変調装置５１−１の第２反射型液晶位相変調部１２−２に入射する。
【０１１４】
Ｓ偏光と平行な配向軸の液晶で構成される第２反射型液晶位相変調部１２−２に入射した光４２ｃは、第２反射型液晶位相変調部１２−２の液晶を透過して反射電極で反射する。反射電極で反射した光４２ｄは、再び第２反射型液晶位相変調部１２−２の液晶を透過して、第２反射型液晶位相変調部１２−２から出射する。このとき、第２反射型液晶位相変調部１２−２の液晶は、電圧供給部１５から所定の電圧が印加され、印加された電圧値に応じて液晶分子が傾斜している。
【０１１５】
これにより、光が第２反射型液晶位相変調部１２−２の液晶内を往復することで、第２反射型液晶位相変調部１２−２の液晶に入射する光４２ｃに対して同液晶から出射する光４２ｄに位相差を与えることができる。すなわち、光４２ｃに対して光４２ｄには、第２反射型液晶位相変調部１２−２の液晶に印加される電圧に応じて、０〜π／２の範囲の位相差を与えることが可能となる。
【０１１６】
第１反射型液晶位相変調装置５１−１の第２反射型液晶位相変調部１２−２から出射した光４２ｄは、第１反射型液晶位相変調装置５１−１の第２の１／４波長板１４−２を透過する。これにより、光４２ｄはＸ軸方向の直線偏光であるＰ偏光の光に変わる。Ｐ偏光に変わった光４２ｄは、第１反射型液晶位相変調装置５１−１の偏光ビームスプリッタ１３に入射する。光４２ｄはＰ偏光の光なので、偏光ビームスプリッタ１３の偏光分離面１３ａを透過する。透過した光４２ｄは、偏光ビームスプリッタ１３から出射し、第１反射型液晶位相変調装置５１−１から出射し、第２反射型液晶位相変調装置５１−２の入射光となる。
【０１１７】
第２反射型液晶位相変調装置５１−２の入射光となる、Ｘ軸方向の直線偏光であるＰ偏光の光４２ｄは、第２反射型液晶位相変調装置５１−２の偏光ビームスプリッタ１３に入射する。偏光ビームスプリッタ１３に入射した光４２ｄは、偏光分離面１３ａを透過し、透過した光４２ｄは、第２反射型液晶位相変調装置５１−２の第１の１／４波長板１４−１に入射する。第１の１／４波長板１４−１に入射した光４２ｄは、第１の１／４波長板１４−１を透過して円偏光の光となり、第２反射型液晶位相変調装置５１−２の第１反射型液晶位相変調部１２−１に入射する。
【０１１８】
Ｐ偏光と平行な配向軸の液晶で構成される第１反射型液晶位相変調部１２−１に入射した光４２ｄは、第１反射型液晶位相変調部１２−１の液晶を透過して反射電極で反射する。反射電極で反射した光４２ｅは、再び第１反射型液晶位相変調部１２−１の液晶を透過して、第１反射型液晶位相変調部１２−１から出射する。このとき、第１反射型液晶位相変調部１２−１の液晶は、電圧供給部１５から所定の電圧が印加され、印加された電圧値に応じて液晶分子が傾斜している。
【０１１９】
これにより、光が第１反射型液晶位相変調部１２−１の液晶内を往復することで、第１反射型液晶位相変調部１２−１の液晶に入射する光４２ｄに対して同液晶から出射する光４２ｅに位相差を与えることができる。すなわち、光４２ｄに対して光４２ｅに第１反射型液晶位相変調部１２−１の液晶に印加される電圧に応じて、０〜π／２の範囲の位相差を与えることが可能となる。
【０１２０】
第２反射型液晶位相変調装置５１−２の第１反射型液晶位相変調部１２−１から出射した光４２ｅは、第２反射型液晶位相変調装置５１−２の第１の１／４波長板１４−１を透過する。これにより、光４２ｅはＹ軸方向の直線偏光であるＳ偏光の光に変わる。Ｓ偏光に変わった光４２ｅは、第２反射型液晶位相変調装置５１−２の偏光ビームスプリッタ１３に入射する。光４２ｅはＳ偏光の光なので、偏光ビームスプリッタ１３の偏光分離面１３ａで９０度反射する。反射した光４２ｆは、第２反射型液晶位相変調装置５１−２の第２の１／４波長板１４−２に入射する。第２の１／４波長板１４−２に入射した光４２ｆは、第２の１／４波長板１４−２を透過して円偏光の光となり、第２反射型液晶位相変調装置５１−２の第２反射型液晶位相変調部１２−２に入射する。
【０１２１】
Ｓ偏光と平行な配向軸の液晶で構成される第２反射型液晶位相変調部１２−２に入射した光４２ｆは、第２反射型液晶位相変調部１２−２の液晶を透過して反射電極で反射する。反射電極で反射した光４２ｇは、再び第２反射型液晶位相変調部１２−２の液晶を透過して、第２反射型液晶位相変調部１２−２から出射する。このとき、第２反射型液晶位相変調部１２−２の液晶は、電圧供給部１５から所定の電圧が印加され、印加された電圧値に応じて液晶分子が傾斜している。
【０１２２】
これにより、光が第２反射型液晶位相変調部１２−２の液晶内を往復することで、第２反射型液晶位相変調部１２−２の液晶に入射する光４２ｆに対して同液晶から出射する光４２ｇに位相差を与えることができる。すなわち、光４２ｆに対して光４２ｇには、第２反射型液晶位相変調部１２−２の液晶に印加される電圧に応じて、０〜π／２の範囲の位相差を与えることが可能となる。
【０１２３】
第２反射型液晶位相変調装置５１−２の第２反射型液晶位相変調部１２−２から出射した光４２ｇは、第２反射型液晶位相変調装置５１−２の第２の１／４波長板１４−２を透過する。これにより、光４２ｇはＸ軸方向の直線偏光であるＰ偏光の光に変わる。Ｐ偏光に変わった光４２ｇは、第２反射型液晶位相変調装置５１−２の偏光ビームスプリッタ１３に入射する。光４２ｇはＰ偏光の光なので、偏光ビームスプリッタ１３の偏光分離面１３ａを透過する。透過した光４２ｇは、偏光ビームスプリッタ１３から出射し、反射型液晶位相変調システム５１の出射光となる。
【０１２４】
このような光路において、反射型液晶位相変調システム５１に入射する光４２ａに対して出射される光４２ｇが得られる位相差は、それぞれの装置で得られる位相差の和となる。すなわち、光４２ｇに与えられる位相差は、第１反射型液晶位相変調装置５１−１で与えられた位相差と、第２反射型液晶位相変調装置５１−２で与えられた位相差との和となる。これにより、反射型液晶位相変調システム５１は、各液晶領域の印加電圧に応じて、Ｐ偏光の入射光に対してＰ偏光の出射光に０〜２πまでの範囲で任意の位相差を与えることができる。
【０１２５】
以上説明したように、この第４実施形態の反射型液晶位相変調システム５１は、先の第３実施形態で採用した２つの反射型液晶位相変調装置を備えて構成した。これにより、先の第３実施形態と同様の効果を得ることができる。
【０１２６】
さらに、この第４実施形態では、各反射型液晶位相変調部を構成する液晶は、先の第３実施形態に比べて、半分の厚みで同一の位相差を得ることができる。これにより、この第４実施形態では、先の第３実施形態に比べて、よりいっそう位相変調の応答速度を高速化することができる。
【０１２７】
なお、この第４実施形態では、先の第３実施形態で採用した２つの反射型液晶位相変調装置を備えたが、２以上の反射型液晶位相変調装置を備えて構成することもできる。
【符号の説明】
【０１２８】
１１，４１…反射型液晶位相変調装置
１２−１，３１−１，５１−１…第１反射型液晶位相変調部
１２−２，３１−２，５１−２…第２反射型液晶位相変調部
１３…偏光ビームスプリッタ
１３ａ…偏光分離面
１４−１…第１の波長板
１４−２…第２の波長板
１５…電圧供給部
３１，５１…反射型液晶位相変調システム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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