【手続補正書】
【提出日】平成21年9月17日(2009.9.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の個別電極を有する第１の基板と、
共通電極を有する第２の基板と、
前記第１の基板と第２の基板との間に挟持した液晶層とを備え、
前記第１の基板上に形成された各個別電極に所定電圧を印加することによって液晶層の屈折率を変調させることで光変調を行う液晶光変調素子であって、
前記第１の基板上に形成された電極を少なくとも第１の領域と第２の領域を含む複数の領域に区分し、各領域に対する電圧の印加態様を異ならせ、第１の領域において波面方向を変えることで出射側の光結合係数を調整して強度変調し、第２の領域において光を位相変調する駆動回路を有し、一つの素子で強度変調と位相変調を行うことを特徴とする、液晶光変調素子。
【請求項２】
前記第１の領域に勾配電圧を印加し、当該勾配電圧の印加によって前記第１の領域の液晶層内の実効的位相差に勾配を形成し、当該実効的位相差の勾配によって出射光面から出射される出射光の位相を領域内でずらすことで、出射光の進行方向を調整して前記出射側の光結合係数を調整して強度変調を行い、
前記第２の領域全体に所定の一定電圧を印加し、当該一定電圧の印加によって前記第２の領域の液晶層内に実効的位相差を形成し、当該実効的位相差によって出射光面から出射される出射光の位相を領域内で均一に調整することで、出射光の位相変調を行うことを特徴とする、請求項１に記載の液晶光変調素子。
【請求項３】
前記実効的位相差の最大位相差Φmaxと光変調を行う光の使用最大波長λmaxにおいてΦmax≧２πの関係があることを特徴とする、請求項２に記載の液晶光変調素子。
【請求項４】
前記液晶層の最大厚さｄmaxは、ｄmax＞λmax／Δｎmaxである（Δｎmaxは液晶の実効最大複屈折率、λmaxは使用する最大波長）ことを特徴とする、請求項３に記載の液晶光変調素子。
【請求項５】
複数の個別電極を有する第１の基板と、
共通電極を有する第２の基板と、
前記第１の基板と第２の基板との間に挟持した液晶層とを備え、
前記第１の基板上に形成された各個別電極に所定電圧を印加することによって液晶層の屈折率を変調させることで光変調を行う液晶光変調素子であって、
前記液晶層の厚さｄは、ｍλmax／Δｎmax＜ｄである（Δｎmaxは液晶の実効最大複屈折率、λmaxは使用最大波長、ｍは整数）とし、
前記第１の基板上に形成された電極に、勾配電圧に一定電圧のバイアス電圧を付加した電圧を印加し、
前記勾配電圧の印加によって液晶層内の実効的位相差に勾配を形成し、当該実効的位相差の勾配によって出射光面から出射される出射光の位相を領域内でずらして波面方向を変えることで、出射側の光結合係数を調整して強度変調を行うとともに、
前記所定の一定電圧のバイアス電圧を印加することによって液晶層内に一定の実効的位相差を形成し、この一定の実効的位相差によって出射光面から出射される出射光の位相を領域内で均一に調整することで出射光の位相変調を行う駆動回路を有し、一つの素子で強度変調と位相変調を行うことを特徴とする、液晶光変調素子。
【請求項６】
前記複数の個別電極を、前記領域の配列方向に配列する一次元配列、又は前記領域の第１の配列方向と当該第１の配列方向と直交する第２の配列方向に配列する二次元配列とすることを特徴とする、請求項１から請求項５の何れか一つに記載の液晶光変調素子。
【請求項７】
入射光を入射するための入射ポートと、
出射光を出射するための出射ポートと、
前記請求項１から請求項４の何れか一つに記載の液晶光変調素子と、
前記入射ポートからの入射光を平行光として前記液晶光変調素子に入射する第１のコリメータ素子と、
前記液晶光変調素子からの光を結合して平行光として出射ポートに出射する第２のコリメータ素子とを備えることを特徴とする、液晶光変調装置。
【請求項８】
前記第１のコリメータ素子と前記液晶光変調素子との間に、一方の偏光の偏光方向を９０°変換させる第１の偏光変換素子を備え、
前記液晶光変調素子と前記第２のコリメータ素子との間に、前記変換した偏光の偏光方向に戻す第２の偏光変換素子を備えることを特徴とする、請求項７に記載の液晶光変調装置。
【請求項９】
前記入射ポートと第１のコリメータ素子との間に、一方の偏光の偏光方向を９０°変換させる第１の偏光変換素子を備え、
前記第２のコリメータ素子と前記出射ポートの間に、前記変換した偏光の偏光方向に戻す第２の偏光変換素子を備えることを特徴とする、請求項７に記載の液晶光変調装置。
【請求項１０】
前記第２のコリメータ素子に代えて複数の光ファイバを備えることを特徴とする、請求項７から請求項９の何れか一つに記載の液晶光変調装置。
【請求項１１】
前記液晶光変調素子は、第１または第２の基板の少なくとも一部を、金属または樹脂により熱電変換素子に接着固定し、環境温度の変化による前記液晶層の波長換算した位相揺らぎを、同一電圧プロファイル印加した時に使用最大波長のλ／１０以下となるように制御することを特徴とする、請求項１０に記載の液晶光変調装置。
【請求項１２】
前記液晶光変調素子の前後の光路上に分光器を備え、
前記液晶光変調素子は、前記分光器により分光された波長毎に光変調を行うことを特徴とする、請求項７から請求項１１の何れか一つに記載の液晶光変調装置。
【請求項１３】
前記液晶光変調素子は、前記複数の個別電極を、前記領域の第１の配列方向と当該第１の配列方向と直交する第２の配列方向に配列する二次元配列とし、
前記第２の配列方向に、前記分光器により分光された波長を入射することを特徴とする、請求項１２に記載の液晶光変調装置。
【請求項１４】
請求項２から請求項４の何れか一つに記載の液晶光変調素子の駆動方法であって、
前記複数の個別電極は、複数の群にまとめられ、各群内における各複数の個別電極を共通の集電極で接続するとともに、その集電極の両端に一対の信号電極を接続し、
前記第１の領域に対応する群において、前記一対の信号電極に、それぞれ異なる電圧の駆動波形を印加することによって前記第１の領域に勾配電圧を形成し、
前記第２の領域に対応する群において、前記一対の信号電極に、同一電圧の駆動波形を印加することによって前記第２の領域に所定の一定電圧を印加することを特徴とする液晶光変調素子の駆動方法。
【請求項１５】
請求項５に記載の液晶光変調素子の駆動方法であって、
前記複数の個別電極は、複数の群にまとめられ、各群内における各複数の個別電極を共通の集電極で接続するとともに、その集電極の両端に一対の信号電極を接続し、
前記一対の信号電極に、それぞれ異なる電圧の駆動波形に一定電圧のバイアス電圧を付加することによって、一定電位に勾配電電位を形成することを特徴とする液晶光変調素子の駆動方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６９】
図３にはには明示しないが、ネマティック液晶層１Ｉが数μｍから数十μｍの所定の一定厚みを保持するように、第１の透明基板１Ｂと第２の透明基板１Ｈをスペーサを介して固定する。また、図３には示していないが複合電極１Ｃと共通電極１Ｇが短絡するのを防ぐために複合電極１Ｃの上および共通電極１Ｇの上の少なくとも一方に五酸化タンタル（Ｔａ2Ｏ5）や二酸化シリコン（ＳｉＯ2）または窒化シリコン（ＳｉＮ）などの透明絶縁膜を形成してもよい。また、透明絶縁膜を高屈折率膜と低屈折率膜からなる多層膜化して透過率を向上することも望ましい。第２の透明基板１Ｈ上に形成する共通電極１Ｇは透明導電膜からなる全面電極であってよい。なお、複合電極１Ｃの構造については後述する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８２】
また、図４（ａ）と図４（ｂ）において、第２の領域Ｂにおける位相変調量Φ、および屈折率異方性Δｎの形態が相違している。なお、位相変調量Φと屈折率異方性Δｎとの間には、λをこの液晶層を通る光の波長とし、ｄを液晶層の厚さとしたとき、位相変調量Φ＝２πΔｎ・ｄ／λの関係がある。また、λmaxを使用最大波長とした場合、液晶層による素子として使用する最大実効変調位相量Φmaxeffを２πΔｎmax・ｄ／λmax未満に設定する。ここで、Δｎmaxは、実効最大複屈折率である。また、位相変調量は液晶層を通過する間に生じる可変可能な位相遅れに相当する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９３】
図５に示す第２の形態の構成は、図４に示す構成と比較して、液晶層の厚さ、及びこれに伴う位相変調量Φおよび屈折率異方性Δｎの形態で相違している。この第２の形態では、液晶層の厚さを、その最大位相変調量を第１の形態の２倍の２Φmaxとなるようにする。なお、位相変調量Φと屈折率異方性Δｎとの間には、図４に示した第１の形態と同様に、λをこの液晶層を通る光の波長とし、ｄを液晶層の厚さとしたとき、位相変調量Φ＝２πΔｎ・ｄ／λの関係がある。したがって、この第２の形態では、液晶層による最大位相変調量２Φmaxは４π・Δｎmax・ｄ／λmax未満に設定される。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１５１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１５１】
図２０（ａ）は１次元の液晶光変調装置１０Ｅの概略構成を説明するための図であり、図２０（ｂ）は２次元の液晶光変調装置１０Ｆの概略構成を説明するための図である。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１７６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１７６】
また、第１の個別電極５１から第Ｎの個別電極５２は、第１の活性領域６０の外部で複数の群（では２つの群）にまとめられ、各群内における各個別電極を、個別電極と同じ材料であるＩＴＯなどの共通の集電極によって接続する。図２６においては、第１の個別電極５１から第Ｎの個別電極５２を第１の活性領域６０の外部で第１の集電極４３で接続し、第Ｎ＋１の個別電極５３から第２Ｎの個別電極５４は、同様にして第２の集電極４７で接続する。