(57)【要約】  光学信号を取り扱うための方法及びデバイスを説明する。光学信号を取り扱うための方法は、光学信号の経路にブルー相液晶の層を含むデバイスを提供する段階と、動的に変化する電圧の空間的パターンをブルー相液晶の層に渡って印加する段階と、それによってブルー相液晶の層の屈折率を動的に変化する空間的パターンに従って変化させる段階と、を含む。
2015509215.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に配置された複数の反射性画素電極と、
少なくとも１つの対向電極を含む透明層と、
複数の透明画素電極と前記透明層との間に配置された可変屈折率の層と、を含み、
前記可変屈折率の層が、電場が印加されない状態で第１の等方的な屈折率を有し、電場が印加された状態で第２の異なる屈折率を有する材料を含み、前記第２の異なる屈折率が前記印加された電場の方向に対して垂直な方向に等方的である、光学経路選択デバイス。
【請求項２】
前記透明層が複数の対向電極を含む、請求項１に記載の光学経路選択デバイス。
【請求項３】
前記画素電極が行内に配置され、前記複数の対向電極のそれぞれが画素電極の行に対向する、請求項２に記載の光学経路選択デバイス。
【請求項４】
前記画素電極が実質的に長方形であり、前記行の軸に垂直な方向よりも前記行の軸に沿った方向により小さな寸法を有する、請求項３に記載の光学経路選択デバイス。
【請求項５】
特に請求項１に記載の光学遠隔通信偏光不感ビーム切替／経路選択デバイスであって、
前記デバイスの画素に関して複数の光学的反射性画素電極を駆動するように構成された駆動電子回路を含む背面板と、
少なくとも１つの透明対向電極を支持する透明層と、
前記対向電極と前記画素電極との間の調整可能な屈折率材料の層と、を含み、
前記材料が電場が印加されない状態で第１の等方的な屈折率ｎを有し、電場が印加された状態で前記材料が第２の異なる屈折率ｎ’を有し、前記第２の異なる屈折率が、前記印加された電場の方向に対して垂直な方向に等方的である、デバイス。
【請求項６】
前記材料が非液晶材料である、請求項５に記載のデバイス。
【請求項７】
前記材料がブルー相液晶材料であり、前記背面板がＬＣＯＳ（シリコン上液晶）背面板である、請求項５に記載のデバイス。
【請求項８】
ａｃバイアス電圧を前記対向電極及び前記画素電極のセットの一方又は両方に印加するための手段をさらに含む、請求項５または６に記載のデバイス。
【請求項９】
前記調整可能な屈折率材料が、ブルー相液晶材料である、請求項１から８のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項１０】
前記ＬＣＯＳ背面板が温度感知性素子を組み込み、前記デバイスが前記材料の温度を制御するために前記温度感知性素子に結合された温度制御システムをさらに含む、請求項７から９のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項１１】
前記対向電極が行に区分されている、請求項１から１０のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項１２】
複数の画素電極と少なくとも１つの対向電極との間にブルー相液晶の層を含む経路選択デバイスを提供する段階と、
前記画素電極と前記対向電極との間に電圧の第１の空間的パターンを印加し、前記ブルー相液晶の層の屈折率が空間的に変化して、光学信号を第１の出力へ偏向する第１の回折格子を提供する段階と、
前記画素電極と前記対向電極との間に電圧の第２の空間的パターンを印加し、前記ブルー相液晶の層の屈折率が空間的に変化して、光学信号を第２の出力へ偏向する第２の回折格子を提供する段階と、
それによって前記第１の出力から前記第２の出力へ前記光学信号を切り替える段階と、を含む、光学信号を経路選択する方法。
【請求項１３】
方形波交流電圧を前記少なくとも１つの対向電極へ印加する段階と、
駆動電圧の空間的パターンを前記画素電極に印加する段階と、を含み、
前記駆動電圧の空間的パターンが、駆動電圧の第１のセットから、前記方形波交流電圧及び前記方形波交流電圧の瞬間的なレベルの遷移に合致する駆動電圧の第２のセットへの遷移を有し、第１の時間において、駆動電圧の前記第１のセットが電圧の前記第１の空間的パターン及び前記方形波交流電圧の瞬間的なレベルを提供し、第２の時間において、駆動電圧の前記第２のセットが電圧の前記第２の空間的パターンを提供する、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記画素電極と前記対向電極との間に電圧の第１の空間的パターンを印加する前記段階が、前記画素電極に第１の駆動信号を印加する段階を含み、
前記画素電極と前記対向電極との間に電圧の第２の空間的パターンを印加する前記段階が、前記画素電極に第２の駆動信号を印加する段階を含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
前記対向電極にオフセット信号を印加する段階をさらに含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記第１の駆動信号及び前記第２の駆動信号が可変振幅方形波を含む、請求項１４又は１５に記載の方法。
【請求項１７】
方形波交流電圧を前記対向電極に印加する段階をさらに含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記方形波交流電圧の遷移が前記第１及び第２の駆動信号の遷移と一致する、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
シリコン背面板上に反射性液晶を提供する段階であって、前記シリコン背面板が前記背面板上にブルー相液晶材料の層を有する複数の画素及び前記ブルー相液晶材料の上に対向電極を有する、反射性液晶を提供する段階と、
パターン化された電場を前記ブルー相液晶材料に印加することによって少なくとも１つの回折光学素子を表示する段階であって、前記電場が前記背面板の前記画素と前記対向電極との間に、前記反射性ＬＣＯＳ背面板上に入射し、前記反射性ＬＣＯＳ背面板から反射される光と実質的に平行に延在する、少なくとも１つの回折光学素子を表示する段階と、
前記回折光学素子を用いて信号ビームを偏向する段階と、を含む、１つ以上の光学遠隔通信信号ビームを偏光不感的に切り替えまたは経路選択する方法。
【請求項２０】
前記回折光学素子が、前記信号ビームを２つの方向に偏向するように構成された、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記回折光学素子がホログラムを含み、前記方法が前記ホログラムを用いて複数の前記信号ビームを同時に切り替えまたは経路選択する段階を含む、請求項１９または２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記信号ビームが波長分割多重（ＷＤＭ）信号ビームを含み、前記方法が、前記ＷＤＭ信号ビームを複数の個別の波長信号ビームに分波する段階であって、前記分波する段階が、前記個別の波長信号ビーム内に２つの直交する偏光成分を保持する、分波する段階と、
前記個別の波長信号ビームを屈折光学素子の異なる空間的領域に指向する段階と、
前記個別の波長ビームを偏向する段階と、
前記偏向された個別の波長ビームの少なくともいくつかを再度多重化する段階と、をさらに含む、請求項１９から２１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２３】
前記電場を用いる変調が、前記ＬＣＯＳ背面板の画素電極と前記対向電極との間に２５Ｖ未満の電圧を印加する段階を含む、請求項１９から２２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２４】
光学信号の経路にブルー相液晶の層を含むデバイスを提供する段階と、
動的に変化する電圧の空間的パターンを前記ブルー相液晶の層に渡って印加し、それによって前記ブルー相液晶の層の屈折率を前記動的に変化する空間的パターンに従って変化させる段階と、を含む光学信号を操作する方法。
【請求項２５】
前記光学信号が、前記ブルー相液晶材料の層上に法線に対して５度よりも小さな角度で入射する、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
動的に変化する電圧の空間的パターンを前記ブルー相液晶の層に渡って印加する前記段階が、ブルー相結晶材料の層に渡って５０ボルトよりも大きな電圧を印加する段階を含む、請求項２４または２５に記載の方法。
【請求項２７】
動的に変化する電圧の空間的パターンを前記ブルー相液晶の層に渡って印加する前記段階が、ブルー相結晶材料の層に渡って１００ボルトよりも大きな電圧を印加する段階を含む、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記デバイスが前記ブルー相液晶材料の層の一方の面上に配置された複数の電極を含み、前記動的に変化する電圧の空間的パターンが前記複数の電極に印加される、請求項２４から２７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２９】
前記デバイスが光伝導層を含み、前記動的に変化する電圧の空間的パターンを印加する前記段階が、前記光伝導層に渡る抵抗を空間的に変化させるように動的に変化する照度の空間的パターンを有する光のビームを前記光伝導層に印加する段階を含む、請求項２４から２７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３０】
前記光学信号の波面におけるかく乱を決定するために前記光学信号を測定する段階及び前記かく乱を低減するために前記動的に変化する空間的パターンを決定する段階をさらに含む、請求項２４から２９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３１】
第１の透明電極と、
第２の透明電極と、
前記第１の透明電極と前記第２の透明電極との間に配置された可変屈折率の層と、
前記第２の透明電極と前記可変屈折率の層との間に配置された光伝導層と、を含み、
前記可変屈折率の層が、電場が印加されていない状態で第１の等方的な屈折率を有し、電場が印加された状態で第２の異なる屈折率を有する材料を含み、前記第２の異なる屈折率が、前記印加された電場の方向に対して垂直な方向に等方的である、光学素子。
【請求項３２】
前記可変屈折率の層がブルー相液晶材料を含む、請求項３１に記載の光学素子。
【請求項３３】
前記可変屈折率の層と前記光伝導層との間に反射層をさらに含む、請求項３１または３２に記載の光学素子。
【請求項３４】
請求項３１から３３のいずれか一項に記載の光学素子を含む、補償光学システム。
【請求項３５】
反射防止構造を支持する表面を含むＬＣＯＳ（シリコン上液晶）デバイスであって、
ｉ）前記反射防止構造が、２０００ｎｍ未満の横方向の寸法を有し、前記表面から離れるにつれ減少する平均屈折率を有する特徴体を伴う表面形状を有する物理的表面を含み、
ｉｉ）平均的に２０００ｎｍよりも大きな横方向の寸法である前記表面形状の構成が、前記表面の水平位置とともに変化する、ＬＣＯＳデバイス。
【請求項３６】
前記表面が前記デバイスの前面である、請求項３５に記載のＬＣＯＳデバイス。
【請求項３７】
特に請求項３５または３６に記載のＬＣＯＳデバイスであって、第１の光をホログラムの１次回折に偏向するために前記ＬＣＯＳデバイス上にホログラムを表示するための制御部と組み合わされ、前記ホログラムが第２の光を前記ホログラムの２次回折に偏向するようにさらに構成され、前記ＬＣＯＳデバイスが不要な反射光を発生させる界面を有し、前記第２の光が前記不要な反射光と逆位相である、ＬＣＯＳデバイス。
【請求項３８】
前記第２の光が実質的に前記不要な反射光と同じ強度を有する、請求項３７に記載のＬＣＯＳデバイス。
【請求項３９】
少なくとも２つの異なる波長λ１及びλ２を有する光源と組み合わされた請求項３５から３８のいずれか一項に記載のＬＣＯＳデバイスを組み込む光学システムであって、前記表面の第１の横方向領域がλ１における反射防止のために前記表面形状によって補償され、前記表面の第２の横方向領域がλ２における反射防止のために前記表面形状によって補償される、光学システム。
【請求項４０】
少なくとも２つの異なる波長λ１及びλ２の光を前記ＬＣＯＳデバイスの異なる空間的領域に導くように構成された波長選択性分波器と組み合わされた請求項３５から３９のいずれか一項に記載のＬＣＯＳデバイスを含む光学システムであって、前記表面の第１の横方向領域がλ１における反射防止のための前記表面形状によって補償され、前記表面の第２の横方向領域がλ２における反射防止のための前記表面形状によって補償される、光学システム。
【請求項４１】
少なくとも２つの異なる波長λ１及びλ２に関して、前記表面の第１の横方向空間的領域においてλ１における前記表面からの反射がλ２におけるものより大きく、前記表面の第２の異なる横方向空間的領域においてλ２における前記表面からの反射がλ１におけるものよりも大きいように前記反射防止構造を構成する、請求項３５から３８のいずれか一項に記載のＬＣＯＳの使用。
【請求項４２】
反射性液晶をシリコン背面板上に含み、前記背面板が前記背面板上にブルー相液晶材料の層を伴う複数の画素及び前記ブルー相液晶材料上に対向電極を有する、空間光変調器（ＳＬＭ）における不要な反射を抑制するための方法であって、前記方法が、前記ＳＬＭを格子上に表示された回折パターンの２次またはより高次の回折に光を偏向するために使用する段階を含み、前記２次またはより高次の偏向された光が前記不要な反射と逆位相の反射相殺ビームを定義する、空間光変調器における不要な反射を抑制するための方法。
【請求項４３】
前記ＳＬＭがＬＣＯＳ  ＳＬＭであり、前記不要な反射が前記ＳＬＭの液晶層、整列層、電極層、及びカバープレート層の１つ以上を含む界面における内部反射を含む、請求項４２に記載の方法。
【請求項４４】
ＳＬＭ制御部と組み合わされた空間光変調器（ＳＬＭ）であって、前記ＳＬＭが不要な反射を発生させる界面を有し、前記ＳＬＭ制御部が格子上に表示された回折パターンの２次またはより高次の回折に光を偏向するように前記ＳＬＭを駆動するように構成され、前記２次またはより高次の偏向された光が前記不要な反射と逆位相である反射相殺ビームを定義する、空間光変調器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、例えば光のビームを経路選択し及び／または切り替えるための光のビームの位相を調整するための方法及びデバイス並びに補償光学系に関する。特に、本発明の実施形態は、光のビームの偏光不感位相調整に関する。
【背景技術】
【０００２】
コヒーレント光の位相調整は、高効率なホログラフィック画像投影及びビーム偏向を可能とする。後者の応用は、波長分割多重化（ＷＤＭ：Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）遠隔通信及びＴＶマルチキャストのためのアド−ドロップ多重器のための、光学ネットワークに関する光学的に透明なスイッチを含む。入力ファイバーから入射する照射は不規則にまたは可変に偏光され、または多重偏光されたものであることができ、ファイバーに入る元の信号の偏光の回転全体は時間、日、温度、ファイバーの機械的応力などとともに変化する可能性がある。許容できない損失または連続的な調整をすることなくこれらの信号を偏向させ、経路選択するための偏光に対して不感である方法が必要とされる。
【０００３】
信号を経路選択する１つの方法は、照度を変調するのではなく０から２πの相対的な範囲で反射された光の位相を変調する空間光変調器（ＳＬＭ：Ｓｐａｔｉａｌ  Ｌｉｇｈｔ  Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）を使用し、入射する信号を異なる出力ポートへ偏向する、例えば位相ホログラムを表示するシリコン上液晶（ＬＣＯＳ：Ｌｉｑｕｉｄ−Ｃｒｙｓｔａｌ−ｏｎ−Ｓｉｌｉｃｏｎ）背面板を用いる、ブレーズド格子または適切なホログラムを表す。液晶（ＬＣ：Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ）材料は、アナログブレーズド格子（この場合、信号の単一の線形的に偏光された成分のみが変調される）を生成するネマティック材料、または偏光不感である適切な強誘電ＬＣであるが、２値的位相格子またはホログラムのみが形成可能である、追加的な３ｄＢ経路選択損失を生じるという欠点を有することがある。背景的な従来技術は、特許文献１及び２に見ることができる。
【０００４】
一般に、そのようなデバイスにおける不要な反射を抑制することが望ましい。遠隔通信などのいくつかの応用例では、このことは特に不要なクロストークを抑制するために重要である。反射防止構造に関する背景的な従来技術は、特許文献３、４、５、６に見ることができる。
【０００５】
不規則な偏光は、入射信号を２つの直交する偏光の流れに分離し、適切な配向のネマティックＳＬＭを用いて互いに別個に経路選択し、（追加的な損失及び慎重な経路長均衡の必要性を伴って）それらを再結合することによって、または内部４分の１波プレートなどの技術を用いることによって適合されることが可能である。
【０００６】
媒質中を通過する光は、屈折率の変化によって、例えば大気中で圧力変化を与える乱流または温度変化によって引き起こされた対流によって妨げられうる。遠い場において見られるいかなる物体に関しても、このことは入射光学系を横切る平面波の形状を変化させ、光学系の解像度を理論的な限界よりも低く制限する。例えば天体望遠鏡に関して、このことは点源であるべき星のぼやけた変動のある画像をもたらす。天文画像や監視画像に関して、このことはまた瞬間的な空間的ひずみももたらす。
【０００７】
補償光学系はかく乱に関して、通常は電気機械的アクチュエータのアレイを有する変形可能な鏡を使用して部分的に補償することができる。これらは、数ミクロンの波面変形を修正し、部分的に波面を復元することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許第５３１９４９２号明細書
【特許文献２】特開２００２−３５７８０２号公報
【特許文献３】米国特許第７５４２１９７号明細書
【特許文献４】独国特許発明第２４３００４８号明細書
【特許文献５】米国特許出願公開第２０１２／００５７２３５号明細書
【特許文献６】国際公開第２０１２／１２３７１３号
【特許文献７】米国特許出願公開第２００９／０１１５９５７号明細書
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】Ｄ．Ｈ．Ｒａｇｕｉｎ及びＧ．Ｍ．Ｍｏｒｒｉｓ著、“Ａｎｔｉｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ  ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄ  ｓｕｒｆａｃｅｓ  ｆｏｒ  ｔｈｅ  ｉｎｔｒａｒｅｄ  ｓｐｅｃｔｒａｌ  ｒｅｇｉｏｎ”，Ａｐｐｌ．Ｏｐｔ．３２，１１５４−１１６６（１９９３）
【非特許文献２】Ｐ．Ｌａｌａｎｎｅ及びＭ．Ｈｕｔｌｅｙ著、“Ｔｈｅ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ  ｏｆ  ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ  ｍｅｄｉａ  ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄ  ａｔ  ａ  ｓｕｂｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  ｓｃａｌｅ”
【非特許文献３】Ｍ．Ｈｕｔｌｅｙ及びＡ．Ｇｏｍｂｅｒｔ著、“Ｍｏｔｈ−ｅｙｅｓ：ｔｈｅ  ｔｏｒｔｕｏｕｓ  ｐａｔｈ  ｆｒｏｍ  ａ  ｇｌｉｎｔ  ｉｎ  ｔｈｅ  ｅｙｅ  ｔｏ  ａ  ｃｏｍｍｅｒｃｉａｌ  ｒｅａｌｉｔｙ”，Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  Ｎｅｗｓ  ６，３５−３９（２０００）
【非特許文献４】Ａ．Ｄｅｉｎｅｇａ，Ｉ．Ｖａｌｕｅｖ，Ｂ．Ｐｏｔａｐｋｉｎ，Ｙ．Ｌｏｚｏｖｉｋ著、“Ｍｉｎｉｍｉｚｉｎｇ  ｌｉｇｈｔ  ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ  ｆｒｏｍ  ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｔｅｘｔｕｒｅｄ  ｓｕｒｆａｃｅｓ”，Ｊ．Ｏｐｔ．Ｓｏｃ．Ａｍ．Ａ，Ｖｏｌ．２８，Ｎｏ．５，ｐｐ．７７０−７７６，Ｍａｙ  ２０１１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の第１の態様に従えば、基板と、基板上に配置された複数の反射画素電極と、少なくとも１つの対向電極を含む透明層と、複数の透明画素電極と透明層との間に配置された可変屈折率層と、を含む光学経路選択デバイスが提供される。可変屈折率層は、電場が印加されない状態で第１の等方的な屈折率及び電場が印加された状態で第２の異なる屈折率を有する材料を含み、第２の異なる屈折率は印加された電場の方向に垂直に等方的である。
【００１１】
本発明の実施形態は画素電極と対向電極との間の電圧の空間的パターンを印加することによって、異なる出力間で光学信号を切り替えるために使用されうる。電圧の異なる空間的パターンは可変屈折率層に異なる回折格子の提供を引き起こす。回折格子は、異なる出力チャネルまたはファイバーに入力信号を導くように構成されうる。
【００１２】
本発明の実施形態は、可変屈折率層の屈折率が印加された電場の方向に対して垂直に等方的であり、印加された電場が実質的に入力信号がデバイスに入射する方向に印加されるので、経路選択デバイスは偏光に対して独立であるという利点を有する。
【００１３】
本発明の実施形態において、透明層は複数の対向電極を含む。
【００１４】
本発明の実施形態において、画素電極は、行方向に配置され、複数の対向電極のそれぞれが画素電極の行に対向する。画素電極は実質的に長方形であってもよく、行の軸に対して垂直な方向の寸法よりも行の軸に沿った寸法の方が小さくてもよい。
【００１５】
本発明の実施形態に従えば、可変屈折率層はブルー相液晶材料を含む。
【００１６】
本発明の第２の態様に従えば、光学遠隔通信用の偏光不感ビーム切替／経路選択デバイスが提供される。このデバイスは、デバイスの画素に関する複数の光学的反射性画素電極を駆動するように構成された駆動電子部品を含む背面板と、少なくとも１つの透明対向電極を支持する透明層と、対向電極と画素電極との間の調整可能な屈折率材料の層と、を含む。この材料は電場が印加されていない状態で第１の等方的な屈折率ｎを有し、電場が印加された状態でこの材料は第２の異なる屈折率ｎ’を有し、この第２の異なる屈折率は印加された電場の方向に対して垂直に等方的である。
【００１７】
本発明の実施形態に従えば、この材料は非液晶材料である。そのような材料の例は、ニトロベンゼンである。
【００１８】
本発明の実施形態に従えば、この材料はブルー相液晶材料であり、この背面板はＬＣＯＳ（シリコン上液晶）背面板である。
【００１９】
液晶材料は、５ｎｍ／Ｖ２よりも大きな光学カー定数を有してもよい。
【００２０】
本発明の実施形態に従えば、このデバイスはａｃバイアス電圧を対向電極及び画素電極のセットの１つ又は両方に印加するための手段を含む。一実施形態において、ａｃバイアス電圧は少なくとも２０Ｖのピークトゥピークである。
【００２１】
一実施形態においてＬＣＯＳ背面板は温度感知性素子を組み込み、デバイスはさらにこの材料の温度を制御するために温度感知素子に結合された温度制御システムを含む。
【００２２】
本発明の一実施形態に従えば、対向電極は行に区画されている。
【００２３】
本発明の第３の態様に従えば、光学信号を経路選択する方法が提供される。この方法は、複数の画素電極と少なくとも１つの対向電極との間のブルー相液晶の層を含む経路選択デバイスを提供する段階と、画素電極と対向電極との間に電圧の第１の空間的パターンを印加してブルー相液晶の層の屈折率が空間的に変化して光学信号を第１の出力に偏向する第１の回折格子を提供する段階と、画素電極と対向電極との間の電圧の第２の空間的パターンを印加して、ブルー相液晶の層の屈折率が空間的に変化して光学信号を第２の出力に偏向する第２の回折格子を提供し、それにより光学信号を第１の出力から第２の出力に切り替える段階と、を含む。
【００２４】
本発明の実施形態は、上述のようなデバイスを有して偏光に対して独立な経路選択を可能とする。
【００２５】
一実施形態において、本方法は方形波交流電圧を少なくとも１つの対向電極に印加する段階と、駆動電圧の空間的パターンを画素電極に印加する段階と、を含み、駆動電圧の空間的パターンは駆動電圧の第１の組から、第１の時間において、方形波交流電圧および方形波交流電圧の遷移及び方形波交流電圧の瞬間的なレベルと一致する駆動電圧の第２の組への遷移を有し、駆動電圧の第１の組は第２の時間において、電圧の第１の空間的パターン及び方形波交流電圧の瞬間的なレベルを提供し、駆動電圧の第２の組は電圧の第２の空間的なパターンを提供する。
【００２６】
一実施形態において、画素電極と対向電極との間に電圧の第１の空間的パターンを印加する段階は、第１の駆動信号を画素電極に印加する段階を含み、電圧の第２の空間的パターンを画素電極と対向電極との間に印加する段階は、第２の駆動信号を画素電極に印加する段階を含む。
【００２７】
一実施形態において、本方法はさらに、オフセット信号を対向電極に印加する段階を含む。一実施形態において、第１の駆動信号及び第２の駆動信号は可変強度方形波を含む。
【００２８】
一実施形態において、本方法はさらに、方形波交流電圧を対向電極に印加する段階を含む。
【００２９】
特定の可変屈折率材料の屈折率は電圧の２乗に依存することが分かっている。電圧を対向電極及び画素電極の両方に印加することによって、また対向電極上の電圧の遷移を第１の駆動信号から第２の駆動信号への遷移に時間設定することによって、可変屈折率材料に渡って印加される電圧が増大可能であり、画素電圧における所定の変化に関する屈折率の変化が最大化可能である。
【００３０】
本発明の第４の態様に従えば、１つまたは複数の光学遠隔通信信号ビームの偏光不感切替または経路選択の方法が提供される。本方法は、背面板上にブルー相液晶材料の層を伴い、ブルー相液晶材料上に対向電極を伴う複数の画素を有するシリコン背面板上に反射性液晶を提供する段階と、パターン化された電場をブルー相液晶材料に印加することによって少なくとも１つの回折性光学素子を表示する段階であって、電場が背面板の画素と対向電極との間に存在し、反射性ＬＣＯＳ背面板上に入射し反射性ＬＣＯＳ背面板から反射される光に対して実質的に平行である、少なくとも１つの回折性光学素子を表示する段階と、屈折性光学素子を用いて信号ビームを偏向する段階と、を含む。
【００３１】
一実施形態において、回折性光学素子は、２次元において信号ビームを偏向するように構成される。
【００３２】
一実施形態において、回折性光学素子は、ホログラムを含み、本方法は複数の信号ビームを、ホログラムを同時に用いて切替または経路選択する段階を含む。
【００３３】
一実施形態において、信号ビームは波長分割多重（ＷＤＭ）信号ビームを含み、本方法はさらにＷＤＭ信号ビームを複数の分離した波長信号ビームに分波する段階を含み、分波する段階は、分離した波長信号ビームにおける２つの直交する偏光成分のうちの成分を保ち、分離した波長信号ビームを回折性光学素子の異なる空間的領域に導き、分離した波長ビームを偏向し、偏向された分離した波長ビームの少なくともいくつかを再度多重化する。
【００３４】
一実施形態において、電場を用いた変調は、ＬＣＯＳ背面板の画素電極と対向電極との間で２５Ｖ未満の電圧を印加する段階を含む。
【００３５】
本発明の第５の態様に従えば、光学信号を操作する方法が提供される。本発明は、光学信号の経路にブルー相液晶材料の層を含むデバイスを提供する段階を含む。動的に変化する電圧の空間的パターンをブルー相液晶材料の層に印加することによって、層の屈折率に印加されたパターンに従う空間的な変化が引き起こされる。
【００３６】
一実施形態において、光学信号は法線に対して５度未満の角度でブルー相液晶の層に入射する。本発明の発明者は、法線に対して５度未満の角度において、偏光に対して独立な操作が、λ／８未満の偏光の変化で達成可能であることを示した。
【００３７】
ブルー相液晶材料に印加される電圧は５０ボルトより大きく、好適には１００ボルトより大きいものであってもよい。
【００３８】
一実施形態において、本デバイスはブルー相液晶材料の層の１つの面上に配置された複数の電極を含み、動的に変化する電圧の空間的パターンが複数の電極に印加される。
【００３９】
一実施形態において、本デバイスは、光伝導層を含み、動的に変化する電圧の空間的パターンの印加は、動的に変化する強度の空間的パターンを有する光ビームを光伝導層に印加して光伝導層に渡る抵抗を空間的に変化させる段階を含む。
【００４０】
本発明の実施形態は、ブルー相液晶材料層の光学的な位置指定を採用する。
【００４１】
一実施形態において、本方法は、光学的信号を、光学的信号の波面におけるかく乱を決定するために測定する段階及びかく乱を減少させるための動的に変化するパターンを決定する段階を含む。そのような実施形態は、偏光に対して独立な補償光学系を提供する。
【００４２】
本発明の第６の態様に従えば、光学素子が提供される。光学素子は、第１の透明電極と、第２の透明電極と、第１の透明電極と第２の透明電極との間に配置された可変屈折率層と、第２の透明電極と可変屈折率層との間に配置された光伝導層と、を含む。可変屈折率層は、電場が印加されない状態で第１の等方的な屈折率及び電場が印加された状態で第２の異なる屈折率を有する材料を含み、第２の異なる屈折率は印加された電場の方向に対して垂直な方向に等方的である。
【００４３】
一実施形態において、可変屈折率層は、ブルー相液晶材料を含む。
【００４４】
一実施形態において、素子はさらに可変屈折率層と光伝導層との間に遮光層を含む。
【００４５】
本発明の第７の態様に従えば、上述の光学素子を含む補償光学系システムが提供される。
【００４６】
上述の態様及び本発明の実施形態の特徴は、任意の配列で組み合わせられてもよい。
【００４７】
＜反射防止構造／コーティング＞
本発明の上述の態様のそれぞれの好適な実施形態のいくつかにおいて、（経路選択）デバイスまたは光学素子は、反射防止（ＡＲ）コーティングを有する１つ以上の層を、例えばデバイス／素子の上側の透明（光学的な入力／出力）層上に組み込む。追加的にまたは代替的に、デバイス／素子の１つ以上の内部界面もまた、反射防止コーティングを組み込んでもよい。いくつかの特定の実装例において、ＡＲコーティングの特性は、デバイスの表面上で、特にデバイス／素子の異なる動作波長に関してデバイス／素子の異なる空間的領域を最適化するように変化する。これは、これらの波長に関して最適化されたデバイス／素子の異なる空間的領域の異なる光学的波長を導くために、波長選択性光学分波器を組み込む光学システムにおいて特に有利である。
【００４８】
さらに、デバイス上に表示される回折パターンは、デバイス／素子の内部または外部表面界面のいずれかからの反射を部分的にまたは実質的に全体的に相殺するために、反射相殺ビームを発生させる構成要素を組み込んでもよい。好適には回折パターンは反射相殺ビームが２次（及び／またはそれより高次の）回折によって発生される（１次回折は例えば経路選択などの意図される光学波面操作のために用いられる）ように構成される。
【００４９】
当業者であれば、これらの後者の技術が本発明の上述の態様に対して独立に採用されうることを理解するであろう。
【００５０】
従って、さらなる態様において、本発明は、反射防止構造を支持する表面を含むＬＣＯＳ（シリコン上液晶）デバイスを提供し、ｉ）反射防止構造は２０００ｎｍ未満の横方向寸法を有する特徴体を伴う表面形状を有し、この表面から離れるにつれて減少する平均屈折率を有する物理的表面を含み、ｉｉ）平均して２０００ｎｍよりも大きな横方向寸法を超える表面形状の構成が表面上において横方向位置に伴って変化する。
【００５１】
複数の実施形態において、表面形状は特徴体のパターン、特に表面上で様々な高さまたはレリーフの規則的／周期的なパターンを含む。横方向において、パターンはデバイスが動作する波長、例えば２０００ｎｍ未満、１９００ｎｍ未満、１８００ｎｍ未満、１７００ｎｍ未満、または１６００ｎｍ未満である特徴的な長さのスケール（不規則パターンの場合）を繰り返すまたは有する。しかしながら、反射防止層もまた、平均して波長よりも大きな距離を超える場合には表面上の位置に応じて様々である構成または構造の１つ以上のパラメータ（例えば平均特徴体間隔及び／または特徴体の形状）を有する。すなわち表面形状の巨視的な変化が存在する。このことは、デバイスの異なる表面領域を異なる波長に関して最適化可能なものとし、これは光学的切替／経路選択／パルス成形、例えば画像を表示するためのホログラフィ、光ピンセットのための回折パターン／ホログラムの表示、及び波面制御が望ましいより一般的な任意の応用例などを含むがそれに限定されない、多くのＬＣＯＳ応用例において有用である。
【００５２】
好適な実装例において、表面形状を支持する表面は、デバイスの前面であり、より具体的にはデバイスのカバープレートであるが、これは必須ではないことを当業者は理解するであろう。
【００５３】
関連する態様において、本発明は、特に請求項３４または３５に記載のように第１の光をホログラムの１次回折に偏向するためのＬＣＯＳデバイス上のホログラムを表示するための制御部と組み合わされたＬＣＯＳデバイスを提供し、ホログラムはさらに、第２の光をホログラムの２次回折に偏向するように構成され、ＬＣＯＳデバイスは不要な反射光を発生させる界面を有し、第２の光は不要な反射光と逆位相である。
【００５４】
そのようなＬＣＯＳデバイスの特徴は、前述の横方向に変化する表面形状パターンと組み合わされまたは別個に採用されうる。実施形態において概説すれば、１次回折が望ましいいかなる方法においても光を指向するために採用されるため（例えば、前述のような応用例に従って）、２次またはそれより高次の回折が内部界面から反射された１つ以上の不要なビームを相殺するために採用されうる。従って、実施形態において、少なくとも第２の光の一部及び好適には実質的に全ての第２の光は、相殺されるべき反射ビームと逆位相である。好適には第２の（反射相殺）ビームは、その方向において不要な反射光と実質的に同一の強さ（同一の振幅及び／または照度）を有する。しかしながら、当業者であれば、ビームが正確に同一の強さまたは正確に逆位相でないとしても、何らかの利益がこの技術から得られうることを理解するであろう。
【００５５】
当業者であれば、ホログラムが本質的に加法的であるため、反射相殺ビームを実装することは容易であることを理解するであろう。ＳＬＭ上に表示された所望のホログラムに対して、所望の強さ（振幅／照度）、位相及び方向を伴う２次（またはより高次の）ビームを発生させる第２のホログラム（各画素の値を追加する）を追加することが単純に必要である。当業者であれば、そのような計算を実施するのに採用されうる多くのアルゴリズムに気付くであろう。相殺されるべき不要な反射の強さ、位相及び方向は、任意の数の標準的な光学モデリングパッケージを用いるＬＣＯＳデバイスの数値的なモデリングによって容易に得ることが可能であり、一般に相殺されるべき反射の正確な振幅、位相及び方向はＬＣＯＳデバイスの詳細な構造に依存する。
【００５６】
前述のように、上述の手法のいずれかまたは両方が、デバイスの異なる水平表面領域のそれぞれにおいてそれぞれ異なる波長で反射防止特性を最適化するために採用されうる。
【００５７】
関連する態様において、本発明は、背面板上にブルー相液晶材料の層及びブルー相液晶材料上に対向電極を有する複数の画素を有するシリコン背面板上の反射液晶を含む空間光変調器（ＳＬＭ：ｓｐａｔｉａｌ  ｌｉｇｈｔ  ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）における不要な反射を抑制する方法であって、本方法は光を格子上に表示された回折パターンの２次またはより高次の回折に偏向するためにＳＬＭを使用する段階を含み、２次またはより高次の偏向された光は不要な反射と逆位相の反射相殺ビームを画定する。
【００５８】
好適には、前述のように、ＳＬＭはＬＣＯＳ  ＳＬＭである。原理的にはこの技術はそのような内部反射には限定されないが、好適には不要な反射はデバイスの界面における内部反射を含む。界面は内部界面であってもよく、例えば液晶層、整列層、電極層及びカバープレート層の１つ以上を含む界面などのカバープレート／液晶界面であってもよい。当業者であれば、デバイスの構成及び／または様々な層の厚さに依存して、界面はこれらの全てを含んでもよく、または含まなくてもよいことを了解するであろう。例えば、ブルー相デバイスにおいて、整列層は必要ではない。反射相殺は好適には実質的に完全であるが、完全である必要はない。
【００５９】
またさらに関連する態様において、本発明は、空間光変調器（ＳＬＭ）をＳＬＭ制御部と組み合わせて提供し、ＳＬＭは不要な反射を発生させる界面を有し、ＳＬＭ制御部は格子上に表示された回折パターンの２次またはより高次の回折に光を偏向するようにＳＬＭを駆動するように構成され、２次またはより高次の偏向された光は不要な反射と逆位相の反射相殺ビームを画定する。
【００６０】
以下において本発明の実施形態が、添付する図面を参照して単に例示によって説明される。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】光学経路選択デバイスの概略断面図を示す。
【図２】印加された電場の下でブルー相構造の挙動を図示するグラフを示す。
【図３】セルを透過した光の位相シフトを３つの波長及び両偏光に関する電圧の関数として示す。
【図４】セル及び検出された光の検出された照度を示す。
【図５】液晶材料をＬＣＯＳ背面板の上部で駆動するための電圧の方式を示す。
【図６】セルに関する位相／電圧曲線を示す。
【図６ａ】セルに関する例示的な位相／電圧曲線を示す。
【図７】別個に確定されたオフセットを有する制御可能な可変振幅方形波駆動を有するセルに関する駆動の方式を示す。
【図８】複数の波長の偏光に対して独立な経路選択器のシステム概略図を示す。
【図９】複数の波長の偏光に対して独立な経路選択器のシステム概略図を示す。
【図１０】区分された前面電極を有する切替デバイスを示す。
【図１１】基板上に設置された切替デバイスを示す。
【図１２】光学デバイスの断面を示す。
【図１３】使用中の光学デバイスを示す。
【図１４】光のビームの位相を調整する装置を示す。
【図１５】望遠鏡に応用される補償光学系を示す。
【図１６】透過構成における光のビームの位相を調整するためのシステムを示す。
【図１７】位相シフトの、垂直及び斜方入射に関する入射角の関数としてのグラフを示す。
【図１８】位相シフトの最大変化を入射角の関数として示す。
【図１９】ＬＣＯＳ  ＳＬＭの概略図を示す。
【図２０】前面カバープレート表面からの反射に伴う問題の図を示す。
【図２１】ＬＣＯＳ  ＳＬＭの面に渡って分散された光の例を示す。
【図２２】図２２ａから２２ｃは３つの可能性のあるコーティングの方式を示し、（ａ）は薄膜誘電体層、（ｂ）は漸進的な屈折率層、及び（ｃ）はパターン形成された微細構造を示す。
【図２３】構造形成された反射防止表面の有効媒質の描写の図を示す。
【図２４】反射補償ホログラムを伴うＳＬＭを駆動するように構成されたＳＬＭ制御部／駆動部のブロック図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００６２】
図１は、光学経路選択デバイス１００の概略的な断面を示す。デバイスは基板１０２上に形成される。複数の光学的反射性画素電極１０４が基板１０２上に配置される。調整可能な屈折率材料の層１０６が画素電極１０４の上に配置される。透明な対向電極１０８が調整可能な屈折率材料の層１０６の上に配置される。
【００６３】
調整可能な屈折率材料１０６はこれに渡って印加される電場に伴って変化する屈折率を有する。そのような材料の例は、ブルー相液晶である。調整可能な屈折率材料１０６は印加された電場に対して垂直な方向に等方的な屈折率を有する。
【００６４】
図１に示されたデバイスにおいて、電極１０４と対向電極１０８との間に電圧の空間的に変化するパターンを印加することによって、調整可能な屈折率材料１０６の屈折率に空間的に変化を引き起こすことが可能である。対向電極１０８の上側の表面上に入射した光のビームを指向するために、屈折率を空間的に変化させて第１の回折格子を形成する電圧の第１のパターンが、調整可能な屈折率の層１０６に渡って印加される。第１の回折格子は光の入射ビームを第１の方向に偏向させる。光のビームを第２の方向に切り替えるために、電圧の印加されるパターンは、調整可能な屈折率材料１０６の屈折率を空間的に変化させて第２の回折格子を形成する第２の電圧のパターンに変化される。
【００６５】
電圧の異なるパターンの間で上述のように切り替えることによって、光の入射ビームを異なる出力の間で切り替えることが可能である。
【００６６】
印加された電場に対して垂直な方向に等方的な屈折率を有する材料が用いられた場合、切り替えは入射ビームの偏向に対して独立である。
【００６７】
以下において、印加された電場に垂直な方向に等方的という用語は、印加された電場に垂直などの方向においても、屈折率に実質的な差異がなく、屈折率は他のいずれの方向においても変化しうるということを記述するために使用される。
【００６８】
図２は、印加された電場の下でのブルー相構造の挙動を示す。ブルー相液晶は、電場が印加されない状態で、光学的に等方的である構造に配置された液晶分子の対称的なドメインを有する。ブルー相液晶材料はブルー相にある液晶材料である。幅広い温度範囲に渡って安定なブルー相液晶材料の例は、特許文献７に見ることができ、参照すると、これは３５℃よりも大きな範囲に渡って安定な及び／または室温で安定な材料について記載している。
【００６９】
光の伝搬方向に沿ったドメインを（例えば電場の印加によって）変形させることは、変形したドメインが光学屈折率における変化を受け、光学的に異方性となるため、偏光した光を変調するのに使用可能である。変形したドメインが光の透過に対して垂直な方向に依然として対照的であるように、変形が光の透過軸に沿ったものである場合、入射偏向角に対して独立な屈折率の局所的な変化が発生し、偏光に対して独立な位相変調が可能なＳＬＭを作製するために用いることができる。
【００７０】
前述の挙動は、以下のようにして実験的に確かめられた。液晶ＬＣＭ−ＰＳＢＰ．１３２８ＵＶ（ＬＣ  Ｍａｔｔｅｒ  Ｃｏｒｐ社）が実験に用いられた。ＩＴＯ電極を有し、その他の整列層を有しない１２ミクロンの厚さのガラスセルが、混合物で満たされた。１ｋＨｚの周波数を有する方形波型電圧が、ブルー相に異方性を導入するためにセルに渡って印加された。
【００７１】
図３は、セルを透過した光の位相シフトを３つの波長及び両偏光に関する電圧の関数として示す。位相シフトは、どの波長に対しても印加された電圧の範囲内で両偏光に対して同一であった。４８０ｎｍの波長に関して、１ｋＨｚで６８ボルトの方形波は図示のように２πよりも大きな位相シフトを与えた。
【００７２】
位相シフトは、ファブリーペロー干渉器としてセルを使用することで測定された。セル及び検出された照度は図４に示されている。セルを透過した光のスペクトルはセル内の直接光及び二重反射された光によって特徴的な干渉パターンを示した。干渉ピークの位置は、材料の屈折率に依存し、セルに渡って印加された電圧に従って移動する。
【００７３】
２π位相シフトを得るために必要な高電圧は、材料が６００ｎｍにおいて１．６ｎｍ／Ｖ２という低いカー定数（Ｋ）を有するという事実を反映している。駆動電圧およびセルの厚さは、面内切替ディスプレイ応用のために最近開発された大きなカー定数（１２．７ｎｍ／Ｖ２に及ぶＫ）を有する材料を使用することによって大幅に低減されるべきである。この材料に関して、６００ｎｍの波長における２π位相シフトは、１０μｍの反射セル及び±１４Ｖの駆動電圧で、十分にＬＣＯＳ背面板の範囲内で得られるべきである。
【００７４】
従って、発明者は、ランダムに偏光した光の位相変調の方法を実施した。
【００７５】
液晶材料は幅広い温度範囲のブルー相を得るために選択されうると考えられる。液晶とポリマーとの混合物が６０℃から−１０℃の温度範囲でブルー相を安定にすることが分かった。ある温度範囲でブルー相を安定化することができるように、ブルー相材料はナノ粒子でドープされうる。このことは、ブルー相材料の電場に対する感度を向上させる。
【００７６】
別の可能性は、バイメソジェニック液晶の使用である。
【００７７】
ブルー相は、整列層またはラビング層を必要としないという追加的な利点を有している。このことは、単純化された偏光に対して独立な遠隔通信の経路選択を可能としている。
【００７８】
図５は、液晶（ＬＣ）材料をＬＣＯＳ背面板の上部で駆動する２つの方法を示している。第１の駆動方式はアナログ可変振幅方形波駆動である。ここで、ＬＣＯＳデバイスの前面電極（ＦＥ：ｆｒｏｎｔ  ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ）である対向電極は、画素駆動トランジスタの供給電圧の半分に不変に維持され、可変振幅方形波が、対称的にｄｃバランスされた調整可能な振幅の方形波を画素に渡って与えるために画素に印加される。平均ＲＭＳ電圧はＬＣの状態を決定する。
【００７９】
第２の方法である、デジタル可変マーク／スペース比駆動は、供給電圧と同じ振幅の方形波を前面電極に印加することを伴い、画素は供給または接地の間で異なる時間で切り替えられる。このことは、ｄｃバランスされているが非対称な時間の波形を、可変ＲＭＳ値を有するＬＣに印加し、これに対してＬＣが反応して固定されたＦＥバージョンに類似した平均的な反応を与えるが、ＬＣが波形に従う際に小さな変動を有する。
【００８０】
後者の方法は、画像投影応用に関して満足するものであるが、位相ホログラムの効率を低下させる許容できない位相フリッカーを生じる。しかしながら、同一の背面プロセスから液晶に渡る駆動電圧の２倍を可能にし、または同一の電圧に対してより低い電圧プロセスを要し、より小さなトランジスタを可能とし、そのためより高度な集積、低電力及び低コストを可能とする。
【００８１】
画素の行は通常画素のアレイに順にロードされるので、２つの組み合わせは画素アレイ下で駆動の進行的な損失及び増大する位相フリッカーを引き起こす。
【００８２】
ブルー相液晶は、ネマティック相液晶よりも速く、印加された電場に対して反応する。図３に示されるように、屈折率の変化は印加される場の２乗に比例する。このことは、所定の背面板電圧振れ幅に関して、位相変調が極めて小さいものでありうること、及び非常に高い駆動電圧を必要としうることを意味している。
【００８３】
図６は、セルに関する位相／電圧曲線を示している。背面板駆動振れ幅が応答曲線のさらに上に押し上げられることができる場合、同一の背面板振れ幅に関して改善された位相変調を得ることが可能である。図６に示されるように、Ｂ／Ｐ駆動電圧をオフセットすることによって、位相応答が「オフセットなしの位相」として示される範囲から、「オフセットありの位相」まで増大可能である。このことは、背面板駆動電圧に追加されるオフセットを発生させるために前面電極を供給レールの上方かつ接地の下方に「オーバースイッチング」することによって実装可能であるが、上述の第２の駆動方式を使用してのみ実装可能である。第１及び第２の方式の組み合わせは、このことを可能とする。供給レール間の切替よりもむしろ、画素はＦＥ遷移時間において、異なるアナログ電圧に切り替えられ、そのため別個に確定されたオフセットを有する制御可能な可変振幅方形波駆動を与える。
【００８４】
図６ａは、セルに渡る駆動電圧に対してπの段階で位相変調のグラフを示す。位相変調は、セルに渡って印加される電圧の２乗に比例する。図６ａは、位相変化における電圧オフセットの効果を示す電圧及び位相変調に関する例示的な値を示している。
【００８５】
図６ａに見られるように、０ボルトから８２ボルトの駆動電圧６０２が、２πの位相シフト６０４を与えるために必要である。しかしながら、８２ボルトのオフセットが印加された場合、同一の差の位相変調６０６を与えるためにわずか３５ボルトの変化６０８しか必要としない。前面電極がこの電圧によって供給レールの上方及び下方で切り替えられた場合、画素を駆動するのに必要な変調は約８０ボルトから約３５ボルトに低減される。
【００８６】
図７は、そのような駆動方式を示している。前面電極（ＦＥ）電圧はＶＬＳＩ供給電圧の上方及び接地の下方で「オーバースイッチ」される。このことは、全ＶＬＳＩ電圧範囲を図６に示された位相／電圧曲線をさらに超える位相制御のために使用することを可能とする。
【００８７】
しかしながら、このことに関して大きな２次元画素アレイに作用させるために、全ての画素の行はＦＥ遷移上にロードされなければならず、そうでなければ、更新される画素の行を次第に悪化させることとなる位相フリッカーが再び導入されるであろう。
【００８８】
チップは、格子型ホログラムに適した、１次元アレイを形成する長方形ピクセルの行が横方向に区画されたＦＥで駆動可能であるように設計可能である。このことは、ＦＥ区画のそれぞれに関して個別の駆動部を、ＦＥが画素が更新される同じ時間に確実に切り替え、位相フリッカーを排除し、ＬＣ駆動が応答曲線の上方にオフセットされることを可能とする。
【００８９】
複数波長経路選択デバイスに関して、システムは個別の波長が必要な区画に確実に落射するように設計可能である。そのようなシステムは、合理的に偏光に対して独立な波長分離格子を必要とし、単一デバイスの偏光に対して独立な経路選択器を可能とする。
【００９０】
図８及び９は、複数波長の偏光に対して独立な経路選択器８００のシステム図を示している。図８は側面図であり図９は上面図である。
【００９１】
経路選択器８００は、ファイバーアレイ８０２のファイバー間で信号を切り替える。入力信号は、入力ファイバー８０２に受け取られる。これは、切り替えの状態に依存して１つ以上の出力ファイバーに切り替えられる。入力信号はレンズ８０６を通過し、波長分波器８０８によって波長分波される。異なる波長はＬＣＯＳデバイス８１２の異なる領域に導かれる。ＬＣＯＳデバイス８１２は、この特定の領域に入射する波長を、波長分離軸に対して直交する方向に偏向するホログラム／格子を適用する。ビームは所定の角度で偏向された全ての波長を全てまとめる波長多重器８１４を通して反射され、そのためこれらはレンズ８１６によって対応する出力ファイバー８１８に集束される。偏向の角度（格子間隔に反比例する）は、目的とするファイバーを決定する。
【００９２】
このＬＣＯＳデバイスは、個別の波長チャネルにそれぞれ対応するカバーガラス上にＩＴＯの帯状部を有することによって区画に分けられることができ、そのため各波長は他の波長に対して独立に駆動されることが可能である。
【００９３】
図１０は、区画に分けられた前面電極を有する切替デバイス１０００を示す。ＬＣＯＳデバイス１０１０は、帯状部１０１２に分けられた前面電極を有する。各帯状部１０１２は、複数の電極１０１４を可変屈折率材料の反対側の面上で覆う。波長分波器は入力信号１０１８の異なる波長を異なる帯状部に導く。ＬＣＯＳ背面板の画素の大きさは１．６から１５ミクロンの間である。
【００９４】
各前面電極帯状部の下に、前面電極帯状部と同じ幅を有する１次元帯状部が存在する。画素は図１０に示されるように長方形であってもよいし、正方形であってもよい。
【００９５】
回折格子を形成する区画は、高さ２０ｍｍ、幅１００ミクロンに及ぶことができる。
【００９６】
図１１は、切替デバイス１１００を示す。デバイスは基板１１０２上に設置される。温度制御は、基板１１０２に取り付けられて、液晶材料がブルー相に維持されるようにデバイスの温度を制御しうるものである。柔軟なＰＣＢ１１０４が基板１１０２上に設置される。能動背面板１１０６もまた基板１１０２上に設置される。能動背面板１１０６は、ブルー相液晶材料の層の下に延在する。ボンディングワイヤ１１０８は、能動背面板１１０６を柔軟なＰＣＢ１１０４に接続する。前面ガラスカバー１１１０は、ブルー相液晶材料の層上に位置される。ガラスカバーは、ブルー相液晶材料を横切って延在する帯状前面電極１１１２を保持する。柔軟なＰＣＢは、ブルー相液晶材料の縁部の横に延在し、ガラスは柔軟なＰＣＢ１１１２を覆い、このことによって柔軟なＰＣＢ１１０４と前面電極１１１２との間の接続を形成することが可能となる。
【００９７】
前面電極接続は、前面ガラスカバー上のＩＴＯ前面電極から銀含有エポキシによって形成される。
【００９８】
図１２は、光学デバイス１２００の断面を示している。デバイスは透明基板１２０２を有する。透明基板はガラスから形成される。透明伝導酸化層１２０４によって形成された透明電極が、基板１２０２上にコートされる。透明伝導酸化層は、例えば、インジウムスズ酸化物から形成される。透明伝導酸化層１２０４の下に、調整可能な屈折率材料の層１２０６が存在する。調整可能な屈折率材料の層１２０６は、例えば、上述のようなブルー相液晶の層である。調整可能な屈折率の層１２０６の下には、反射層１２１０が存在する。反射層は例えば１５層の硫化亜鉛及びフッ化マグネシウムから形成される。遮光層１２１０の下には、光伝導性材料の層１２０８が存在する。光伝導層１２０８は、例えば、水素化アモルファスシリコンまたは硫化カドミウムから形成される。光伝導層１２０８の下には、第２の透明基板１２１４上にコートされた透明伝導酸化層１２１２によって形成された第２の透明電極が存在する。第１及び第２の電極は平面状であり、光伝導層と平行であり離隔された平面を占め、調整可能な屈折率材料は第１及び第２の電極の間に配置される。
【００９９】
図１３は、使用中の光学デバイス１２００を示す。電圧波形１２２０は、透明伝導酸化物層１２０４及び１２１２によって形成された電極の間に印加される。デバイスに渡って水平に変化する光の書き込みビーム１２３０は、基板１２１４を通してデバイスに印加される。書き込みビーム１２３０は、光伝導層１２０８の伝導性を空間的に変化させる。光伝導層１２０８の伝導性が空間的に変化するため、調整可能な反射率の層１２０６に渡る電圧は書き込みビーム１２３０における空間的変化に対応して空間的に変化することとなる。
【０１００】
読み込みビーム１２４０は、調整可能な屈折率の層１２０６を含むデバイス側の基板１２０２上に入射する。可変屈折率の層１２０６に渡る電圧の変化は、可変屈折率の層の屈折率を空間的に変化させる。従って、反射層１２１０から反射されて出射する光１２４２の位相が調整可能である。反射層１２１０は、書き込みビームがデバイスを通過するのを防ぎ、読み込みビームが光伝導層を活性化することを防いでいる。
【０１０１】
電圧波形１２２０は、上の図５から７を参照して説明された形態をとってもよい。図１２及び１３に示されるような光学的に駆動されるデバイスは、ＬＣＯＳ背面板から利用可能であるよりも高い電圧で駆動されうる。
【０１０２】
反射層の面内に、または反射層に加えて、デバイスはまた遮光層を含んでもよい。そのような遮光層は、反射層の下に配置され、残留光の１から５％を吸収し、それらが光伝導層に衝突するのを防ぐように構成可能である。
【０１０３】
代替的な実施形態において、デバイスは透過性の構成で使用されてもよい。この構成においては、反射層は存在せず、光の読み込みビームはデバイスを通過する。そのような実施形態において、光の異なる波長が光の読み込みおよび書き込みビームとして使用され、または各ビームは電圧波形の異なる部分でパルス化される。
【０１０４】
図１４は、図１２及び１３を参照して説明されたデバイス１２００を使用する光のビームの位相を調整するための装置を示す。装置は、レーザーや高輝度発光ダイオードなどの光源１２６０を有する。光源からの光は、レンズ１２６２によってビームスプリッター１２６４上にコリメートされる。ビームスプリッターは、光をマイクロディスプレイ１２６６上に指向する。マイクロディスプレイ１２６６は、シリコンディスプレイ上の液晶またはデジタル光処理ディスプレイであってもよい。マイクロディスプレイ１２６６は、デバイス１２００上に入射することになる書き込みビームのパターンを設定する。マイクロディスプレイ１２６６からの信号は、ビームスプリッター１２６４を通過して戻り、次いでリレーレンズ１２６８を通過する。信号は、デバイス１２００の透明基板１２１４上に描像される。書き込み信号の照度の空間的変化は、光伝導層１２０８の抵抗を、マイクロディスプレイ１２６６への入力である電気信号に従って変化させる。この変化は、可変屈折率材料１２０６に渡る電圧を、電極１２１２及び１２０４によって変化させる。書き込み光、例えば経路選択された信号又は調整された波面を有する信号は、書き込み信号が入射する側に対して反対側で基板１２０２上に入射する。読み込み信号は、可変屈折率の層１２０６の屈折率によって調整されるが、しかしながら可変屈折率材料の屈折率が印加された電場に対して垂直な方向に等方的であるため、読み込み信号の調整は偏光に対して独立である。
【０１０５】
上述のデバイスは、補償光学系における応用を有する。媒質を通過する光は、例えば大気中において圧力変化から引き起こされる乱流または温度変化によって生じる対流のために、屈折率の変化によってかく乱される可能性がある。さらなる分野で見られるいかなる対象に関しても、このことは入射光学系に渡る平面波の形状を変化させ、理論的制限よりも光学系の解像度を低く制限する。例えば、天体望遠鏡に関して、このことは点源であるべき星のぼやけた変動のある像をもたらす。天文画像や監視画像に関してこのことはまた瞬間的な空間的ひずみももたらす。
【０１０６】
補償光学系はかく乱に関して、通常は電気機械的アクチュエータのアレイを有する変形可能な鏡を使用することによって部分的に補償することができる。これらは数ミクロンの波面変形を修正し、波面を部分的に復元することができる。
【０１０７】
図１５は、望遠鏡に応用される補償光学システムを示す。望遠鏡１５００は、凹面鏡１５０２及び凸面鏡１５０４を有する。望遠鏡１５００に入射する光の波形１５０６は、大気のかく乱により変動を有する。変動する波形は鏡１５０２及び１５０４によって集束され、入力波形１５０８を与える。
【０１０８】
入力波形１５０８は、ビームスプリッター１５１０によって部分的に分離される。ビームの一部は波面センサ１５１２上に入射し、ビームの残りの部分は上述のブルー相液晶などの可変屈折率材料の層を含む能動位相修正デバイス１５１４上に入射する。波面センサ１５１２の出力は、補償光学系修正制御部１５１６によって、可変屈折率材料に渡って印加される電圧の空間的変化を制御し、それによって位相修正を制御するために使用される。修正されたビーム１５１８は、望遠鏡の描像光学系に出力される。
【０１０９】
補償光学系はまた、光学システムにおける収差を修正するために使用することもでき、例えばレーザー手術に関して、目のレンズの不完全さが網膜凝固のために修正されなければならない場合に、レンズ修正よりもはるかに視覚を改善する。
【０１１０】
多くの補償光学系応用が、偏光に対して独立であること及び速い（ミリ秒）反応時間を必要とし、上述のデバイスはこれらが調整可能な鏡などの可動部を必要とすることなく偏光に対して独立な位相修正を可能とするため、これらの応用に適している。
【０１１１】
図１５は開ループシステムを示しているが、しかしながら当業者であれば上述のデバイスは閉ループシステムにも応用可能であることを理解するであろう。
【０１１２】
図１６は、透過構成において光のビームの位相を修正するための能動位相修正デバイスを有するシステムを示している。光源１７０２からの光のビームは大気干渉によって広げられ偏向されて変動１７０４を有する波形１７０４をもたらす。位相修正デバイス１７０６は、位相が平坦なビームをもたらすために、ビームの位相を修正する。
【０１１３】
上述のデバイスは、垂直な入射の光のビームに関して偏光に対して独立な位相の変調を提供する。０でない角度の入射のビームに関して、いくらかの偏光依存性が位相変化にもたらされる。
【０１１４】
図１７は、垂直な入射及び斜方入射に対して偏光角度の関数としての位相シフトを示している。０でない角度の入射において、光ビーム入射に関してΔｍａｘまでの位相の変化が存在する。
【０１１５】
図１８は、入射角度の関数としての位相シフトの最大変化を示している。垂直入射に関して楕円偏光が円として長軸に沿って見られ、従って、位相変化は偏光角度に対して独立である。任意の斜方入射に関して、楕円偏光が楕円としてある角度において見られ、従って位相シフトはこの場合偏光角度に依存する。
【０１１６】
図１７及び１８から分かるように、入射角度は好適には確実に位相シフトが相対的に偏光に対して独立であるように低く保たれる。λ／８の変化が許容される変化である場合、このとき入射ビームの入射角は５°以内に保たれるべきである。
【０１１７】
＜反射防止構造／コーティング＞
これから、ブルー相及びその他のＬＣＯＳ  ＳＬＭの性能が反射を低減するための前面ＳＬＭカバープレート上の構造形成表面を用いてどのように向上可能かを説明する。これは、波長選択性スイッチに特に応用可能であり、大きな帯域に渡って非常に低い反射率であることが望ましい。
【０１１８】
図１９の例示的なＬＣＯＳ  ＳＬＭは３つの構成要素を有する。シリコン背面板、１つの表面上に共通電極を有するカバープレート及び液晶層である。カバープレートは、典型的には前面表面上の薄膜反射防止コーティング及びＩＴＯ層を有するフロートガラスである。任意に、液晶整列層は、ブルー相デバイスに必要なものではないが、背面に提供されてもよい。理想的には、前面カバープレートの表面及びカバープレート／液晶界面（ガラス、ＩＴＯ、任意の整列層及び液晶層を含む）の両方は、反射率が０である。従って、ＳＬＭを出る波面は液晶層に渡って付与される位相遅延によってほとんど影響を受けない。
【０１１９】
ほとんどの応用例に関して、前面表面の反射率は標準的な薄膜コーティングの使用を介して顕著に低減可能である。しかしながら、ビーム偏向に基づく波長選択性スイッチの実装例など、遠隔通信の応用例では、前面表面の反射率はクロストークを最小化するために幅広い波長範囲に渡って、好適にはＲｆ＜０．０１％まで低減されるべきである。このことを図示するために、図２０を考えると、θｉの角度における平面波が、周期Ｔの理想的なブレーズド格子を表示するＬＣＯＳ  ＳＬＭ上に入射する。信号ビームの一部（ｍ＝１）が、ｍ＝２次と同一の方向に伝搬するように再回折されるブレーズド格子の方へ反射して戻される。格子のｍ次の回折は、以下のθｍの角度を介して回折される。
【０１２０】
【数１】
2015509215.tif 000003
【０１２１】
ここでλは光の波長であり、角度は空気中で測定された値である。理想的なブレーズド格子に関して、光の全てはｍ＝＋１次に回折される。しかしながら、格子の空間的量子化及び位相的量子化のために、光のいくらかはより高次の対称的な（ｍ≠１）次数になる。特定のスイッチの幾何学的形状に関して、これらのｍ≠１次の光は出力ポート内に結合してクロストークをもたらす可能性がある。実際上の遠隔通信応用に関して、クロストークは好適には−４０ｄＢ未満に抑制されるべきである。
【０１２２】
θｉ＝０である場合を考える。説明したように、理想的には光の全てはθ１の角度を通して＋１次に回折される。しかしながら、ＳＬＭの前面表面は、有限の反射率Ｒｆを有する場合、＋１次の部分は法線に関して−θ１の角度においてＳＬＭに向かって反射して戻される。この次数は、光が法線に対して２θ１の角度で伝搬するように格子によって再び回折されることとなり、これは、小さな回折角に関して、元の回折されたビームのｍ＝＋２次の伝搬角度θ２に対応する。屈折率がｎ＝１．５であり反射防止膜を有さないカバープレートを仮定すると、前面カバープレート表面のフレネル反射係数は約４％である。１００％の回折効率を有するＳＬＭ（吸収損失がなく完全なブレーズド格子）を仮定する。従ってｍ＝＋１次及びｍ＝＋２次の方向における出力はそれぞれ０．９６Ｐｉｎ及び０．０４Ｐｉｎで与えられることとなる（多重反射を無視する）。結果的に、理論的なクロストークは−１３．８ｄＢである。これは、実験的に測定された−１４ｄＢから−１８ｄＢという値と比較して良好である。前面反射率を１％まで（単層薄膜コーティングの典型）低減する場合、クロストークは約−２０ｄＢまで低減する。クロストークを−４０ｄＢ未満まで低減するために、前面反射率は好適には０．０１％未満まで低減されるべきである。そのような低反射率は、特に好適には確実にこの値がＣバンド、ＬバンドまたはＣ及びＬバンドに渡って維持されるようにすべきであるため、困難である。例えば、Ｃバンドは１５３０ｎｍから１５７０ｎｍに及び、Ｌバンドは１５６５ｎｍから１６２５ｎｍであり、最適化された多層コーティングは製造が高価となる可能性がある。
【０１２３】
図２１は、波長分波器と組み合わせて使用されるＬＣＯＳ  ＳＬＭの機能的な動作を示している。そのような構成は、波長選択性スイッチにおいて使用されてもよく、その場合、分離した副ホログラムが特定の光学波長を偏向し、パルス成形システムにおいて、光がＳＬＭの面に渡って分散され、各波長帯域が所望の出力パルスを形成するために調整される。理想的には、入射波長に適合するために連続的に変化する光学特性を有する反射防止コーティングが望ましい。
【０１２４】
遠隔通信応用例に関して特に重要であるが、複合ホログラムパターンの最適化を採用するその他の応用例もまた前面反射率の低減から利益を得る。ディスプレイホログラフィー及び光ピンセットにおける再生領域の質は、Ｒｆの低減が出力波面が設計された波面とより適合させるにつれて向上することとなる。
【０１２５】
以下の特性を有する反射防止膜を提供することが望ましい。
ａ．十分な角度に対する独立性
ｂ．良好な偏光に対する独立性
ｃ．所望の動作大域に渡って実質的に波長依存性がないこと
ｄ．低い温度感受性
ｅ．安価で堅牢であること
ｆ．動作波長範囲に適合するためにカバープレートの表面に渡って最適化可能であること
【０１２６】
実際上のＬＣＯＳ  ＳＬＭ応用におけるクロストークを低減するために採用されうる４つの潜在的な可能性のある技術が存在する。幾何形状、薄膜誘電体コーティング、漸進的な屈折率コーティング、及びパターン形成されたナノ構造である。
【０１２７】
＜（１）幾何形状＞
平行な表面を有するカバープレートを使用するのではなく、光を主再生領域から離れる方向に反射するくさび形のカバープレートを使用する。この手法の応用可能性は、実際の光学幾何形状に依存し、ＷＳＳ（波長選択性スイッチ）構造のいくつかにおいては実際的でない可能性がある。
【０１２８】
＜（２）薄膜誘電体コーティング＞
反射防止コーティングを実装するためのこの技術は、図４ａに図示されている。購入可能な典型的なＣバンドコーティングは、０．１％未満の反射率を有することができる。複合表面（反対側の面上のＩＴＯ層及び任意選択の整列層）上のＲｆを０．０１％未満に低減することは、高価な独自のコーティングを実施することで可能である。しかしながら、軸から外れて使用する場合、薄膜コーティングは偏光依存性を呈するので、コーティング設計の際にビーム偏向角及び整列許容範囲に組み込むことが重要となるであろう。最後に、薄膜コーティングの柔軟性は適切な利用可能な成膜材料（複数の屈折率）の数、温度安定性及び環境条件が変化する場合には潜在的な剥離の問題によって制限される。
【０１２９】
＜（３）漸進的な屈折率コーティング＞
これは、図４ｂに示されるような屈折率の漸進的な変化を有するインピーダンス適合層を使用するコーティングの種類を指す。ｎｓが基板屈折率である場合に、屈折率をｎａｉｒからｎｓまで連続的に増加させることによって、フレネル反射を発生させる鋭い誘電体境界を避けることができる。プロファイルは、例えば放物線状又は３乗であることができ、薄膜の充填密度を変化させることによってまたは傾けられたナノロッドを使用することによって実装可能である。
【０１３０】
＜（４）パターン形成されたナノ構造＞
これは、図４ｃに示された例であるパターン形成されたナノ構造化された表面に基づく技術を指す。ナノ構造の寸法はλ未満であり、入射する光は空気と基板の比率に依存する特定の値ｚにおける平均屈折率を見る。従って、パターン形成された層を介してｎａｉｒからｎｓまでの屈折率の効果的な漸進的な変化が存在する。この構造は、屈折率が材料の表面形状に依存する有効媒質理論（ＥＭＴ）を用いて設計及び最適化可能である。そのような層を形成するために２つの主要な手法が存在する。第１の手法は薄膜に多孔性を導入することによるものであり、多孔性は例えばゾルゲル処理によって基板に近づくにつれて低減する。第２の手法は光捕捉及び多重内部反射（表面のテクスチャ）または反射防止格子を使用することによって反射を抑制するナノ構造のアレイを製造することを伴い、格子の表面形状は確実に格子のｍ＝０次のみが伝搬し連続的に変化する屈折率を作り出すように加工される。図２３は、Ｎ＝６のパターン形成されたナノ構造を有するこの手法を示しており、左側の構造表面及び右側の対応する有効等価媒質モデルを示している。６層の有効屈折率はｎａｉｒ＝ｎａ＜ｎ１＜ｎ２＜ｎ３＜ｎ４＜ｎ５＜ｎ６＜ｎｓ＝ｎｓｕｂｓｔｒａｔｅであるように設定される。
【０１３１】
＜遠隔通信波長に関する漸進的な屈折率／パターン形成されたナノ構造＞
Ｒａｇｕｉｎ及びＭｏｒｒｉｓは、ＧａＡｓ基板上に形成され（Ｎ＝２、４及び８位相レベル）１０．６μｍでの動作に関して最適化されたピラミッド形状の反射防止膜に対する多層近似はランダムに偏光された垂直入射ビームに関するＮの全ての値に関して反射率が３×１０−３％未満であることができることを理論的に示した（非特許文献１）。これは、上述の目標である０．０１％を超える。さらに、彼らのモデルは波長範囲が１０．６μｍ±１０％変化し、入射半角が３０°変化したとしても、Ｎ＝８の場合Ｔ＝９９．９％の透過であることを予測した。
【０１３２】
漸進的な屈折率のコーティング及びパターン形成されたナノ構造に関する実験的な結果は、表面形状、材料系、波長及び動作条件の変化に関して提示されている（非特許文献２を参照のこと）。表面の製造及び複製技術は、そのような表面を可視に関して製造可能とする。例えば、Ｈｕｔｌｅｙ及びＧｏｍｂｅｒｔは、ニッケル型を用いてプラスチックにＵＶエンボスを使用し、ＡＲコートされたフレネルレンズをオーバーヘッドプロジェクタのために製造した（非特許文献２）。反射防止ナノ構造は、類似の技術によって光学的Ｃ及びＬバンドに関して製造されうる。
【０１３３】
図２１を再度参照すると、カバープレート表面に渡って漸進的なまたはナノ構造化された表面形状をさらに変化させることができ（間隔及び／または形状並びにそれに類するものを変化させる）、それによってデバイスのその区画における特定の波長に適合するコーティングを調整することができる。これは、標準的な薄膜堆積プロセスを用いても可能ではない。さらに、表面レリーフプロファイルは剥離する可能性のある複雑な薄膜誘電体積層体よりもより粗く、剥離は昇温時の動作（遠隔通信システムは典型的には温度安定化を簡略化するため６０℃で動作する）及びＬＣＯＳ  ＳＬＭデバイス製造の間の潜在的な問題である。
【０１３４】
＜例示的なナノ構造化された表面＞
概して、ナノ構造化された反射防止コーティングを使用する目的は、遠隔通信のためのより効果的な広帯域コーティングを形成することであり、波長分波器を用いるシステムにおけるＳＬＭに渡る各波長位置において反射率が０．０１％未満となるように調整可能である。このことは、特に、ブルー相ＳＬＭが整列層を必要としないという事実と結びつけて、ホログラムの設計の簡略化及び前面反射を低減する（そのためこれらは無視されうる）ことによる最適化を可能にし、それによりカバープレート／電極／液晶界面の反射率の計算及び測定を単純化する。
【０１３５】
波長最適化されたコーティングを実装する方法の詳細に関して、非特許文献４が参照されうる。この文献において、ナノ構造化された表面の変化からの反射率のシミュレーションが、有限差時間区分分析（ＦＤＴＤ，ｆｉｎｉｔｅ  ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ  ｔｉｍｅ  ｄｏｍａｉｎ  ａｎａｌｙｓｉｓ）を用いてモデル化される。この技術は、光の短いパルスの形態の平面波を有する構造をプローブすることによって、複雑な表面に関するマクスウェル方程式に対して数値解を与える。パルスが特定の波長の広がりを有するので、反射場の分析において波長の関数として反射率が導出可能である。これらは、ガラス基板（ｎ＝１．５）における波長の全範囲に渡って深さｄ、幅２Ｌ及び周期Λを有するピラミッド状表面レリーフ構造をモデル化する。発明者は、長波長限界（Λ＜λ）に興味がある。光が効果的に段階的な屈折率界面を見るためこのことが散乱損失を最小化するためである。Λ〜λ及びΛ＞λに関して、光がＳＬＭの表面上の周期的な巨視的プリズム構造と効果的に相互作用するため、散乱及び回折損失を得ることとなる。この仕組みはこの文献の中で考慮されており、特にＤｅｉｎｅｇａらはΛ＝２Ｌについて線形、３次及び同次多項式プロファイルを有する正方形ピラミッドを分析している。この文献から得られる２つの重要な結果は、図４及び８に示されている。図４は、所定のλにおいて、構造の深さｄを増加させると、反射率が減少する（ｄ／λの比が増加する）ことを示している。この減少は、ピラミッドプロファイルに依存する（５つの異なる種類が分析された。線形ピラミッド、３次プロファイル、同次多項式プロファイル、円錐及び理想的な「統合」プロファイル）。発明者の狙いは０．０１％または１０−４未満である。図８は、正方形の線形ピラミッド状構造に関するΛ／ｄ及びｄ／λの関数としての反射率マップを示している。
【０１３６】
言及したように、出願人は散乱を最小化することができるように、λ＞Λである長波長領域に興味がある。このグラフを用いる２つの方法がある。まず、ナノ構造深さｄを変えることに関して、次に固定されたナノ構造深さに関してである。２つの個別の波長λ１及λ２を有することを仮定する。
【０１３７】
ａ．ｄ／Λの固定された値に関して、λ２＜λ１であれば（Λ／λ１）＞（Λ／λ２）である。従ってＲ１＞Ｒ２である。Ｒ１を減少させるために、ｄ／Λを増大させる。ｄ／Λが増加するにつれてグラフが下方に傾くので、Ｒ１が減少する。そのためλ１に関するピラミッド深さは、同一の反射率に関してλ２に関するよりも大きくなるべきである。
【０１３８】
ｂ．ｄの固定値に関して、同一の反射率を有する表面マップ上の点を考える。目的は、所定のλ１及びλ２の値に関して同一の値Ｒ１およびＲ２を与えるΛ１及びΛ２の修正値を選択することとなる。例えば、Λ１＞Λ２であれば、（ｄ／Λ１）＜（ｄ／Λ２）であり、（ｄ／Λ）軸に対して平行な２つの直線を有する。所定の波長λ１及びλ２に関してＲ１＝Ｒ２となるように選択する。両方の軸がΛに依存するので、このことは反射率マップの知識を用いる。
【０１３９】
ＳＬＭに基づくブルー相液晶は整列層を必要としないので、このことはカバープレート／ＩＴＯ／液晶表面からのクロストークの抑制を単純化し、この表面からの理論的反射率の計算及び任意にホログラムデザインにこれを組み込むことをより容易にする。
【０１４０】
＜カバープレート／液晶界面＞
ここで、カバープレート／液晶（ガラス、電極（例えばＩＴＯ、インジウムスズ酸化物）、任意の整列層及び液晶層を含む）による反射率を考える。潜在的に４つの界面が存在し、整列層／液晶層反射率が液晶の状態に依存するので、このことはより複雑になる。しかしながら、カバープレート／液晶反射率に起因する出力と１８０°位相がずれた出力の等しい量を２次に送信するホログラムパターンを採用することにより、カバープレート／液晶反射率を「無視する」ことが可能である。液晶層が非常に薄いため、温度変化は経路長に無視できるほどの効果をもたらし、そのため反射相殺ホログラムは単に一度だけ決定される必要がある。この手法は可能であるが、約１ｍｍの厚さであるカバープレート前面反射率を取り扱うときには、同一の温度変化がより大きな光学経路長の変化を引き起こすため、それほど容易に実装することができない。このことを示すために、経路長変化Δｏｐｌは、Δｏｐｌ＝ｎｄαΔＴで与えられ、ｎは屈折率であり、ｄは材料の厚さであり、αは熱膨張係数であり、ΔＴは温度変化である。そのためΔｏｐｌはΔＴに比例し、１８０°の位相ずれ条件を維持することはｄが増加するにつれて次第に困難になる。
【０１４１】
図２４は、例として図８のシステムを採用しており（類似の要素は類似の参照符号で示されている）、ブロックダイアグラムの形態で、そのような反射補償ホログラムを有するＬＣＯＳ  ＳＬＭを駆動するように構成されたＳＬＭ制御部／駆動部２４００を示している。制御部／駆動部２４００への入力データはビーム切替／経路選択データ（これらは例えば参照テーブルによってＳＬＭ上の表示のために回折パターンを画定するデータに変換されうる）などのホログラムデータまたはより高次のレベルのデータを含んでもよい。
【０１４２】
反射補償、ＨＲ、ホログラムは例えば任意の標準的な技術の範囲（例えばＧｅｒｃｈｂｅｒｇ−Ｓａｘｔｏｎアルゴリズム）によってコンピュータで生成され、不揮発性メモリに蓄積される。ついでこれは目標ホログラムＨＴに追加されてディスプレイのための結合ホログラムＨＣ＝ＨＲ＋ＨＴを提供する。
【０１４３】
カバープレート／ＩＴＯ／整列層／液晶界面反射率に関して補償するための１つの方法は、基本ブレーズド格子が周期Ｔを有する場合、周期２Ｔの弱いブレーズド格子（補償格子）を追加することである。これは、同一の場の値を有する基本ブレーズド格子の＋２次の回折ビーム（これは図２０に示されるように不要な反射光も含む）と同じ方向に進行する＋１次のビームを発生させる。２Ｔの距離だけこの弱いブレーズド格子を横方向に移動すれば、補償格子からの＋１次の位相はフーリエシフト理論により０から２πまで連続的に変化する。このようにして、この格子からの＋１次が不要な反射光に対してほぼ逆位相にあるように補償格子の位相を調整することが可能である。しかしながら、反射自体を抑制するように意図された補償格子自体が他の位置でクロストークを引き起こす可能性のある新しい雑音の次元を発生させる恐れがあるため、これは実際にはよい手法ではない。特に前もってカバープレート／ＩＴＯ／液晶層の反射率及び前面カバープレート反射率が最小化されることを知っている場合には、より好適な手法は、ホログラムを全体的に最適化することである（例えば特許文献６に記載された内容に従って）。
【０１４４】
前述のように、この相殺の技術を全面カバープレート表面に適用することは、カバープレートの相対的な厚さのためにより困難である。温度変化は、反射ビームの位相を、相殺ビームに対して変化させる可能性がある。しかしながら、このことは温度に関してホログラムを修正することによって、非常に薄いカバープレートを使用することによって、及び／または、低い熱膨張係数のガラスを使用することによって補償されうる。
【０１４５】
実施形態において、ブルー相における液晶を採用する位相のみのＬＣＯＳデバイスについて説明した。本発明が説明された実施形態に限定されるものではなく、添付された特許請求の範囲の思想及び範囲内にある、当業者に明らかな修正を包含することは理解されるであろう。
【符号の説明】
【０１４６】
１００  光学経路選択デバイス
１０２  基板
１０４  光学的反射性画素電極
１０６  調整可能な屈折率材料
１０８  対向電極
６０２  駆動電圧
６０４  位相シフト
６０６  位相変調
６０８  電圧の変化
８００  経路選択器
８０２  入力ファイバー
８０６  レンズ
８０８  波長分波器
８１２  ＬＣＯＳデバイス
８１４  波長多重器
８１６  レンズ
８１８  出力ファイバー
１０００  切替デバイス
１０１０  ＬＣＯＳデバイス
１０１２  帯状部
１０１４  電極
１０１８  入力信号
１１００  切替デバイス
１１０２  基板
１１０４  ＰＣＢ
１１０６  能動背面板
１１０８  ボンディングワイヤ
１１１０  前面ガラスカバー
１１１２  前面電極
１２００  光学デバイス
１２０２  透明基板
１２０４  透明伝導酸化層
１２０６  調整可能な屈折率材料の層
１２０８  光伝導層
１２１０  反射層
１２１２  透明伝導酸化層
１２１４  第２の透明基板
１２２０  電圧波形
１２６０  光源
１２６２  レンズ
１２６４  ビームスプリッター
１２６６  マイクロディスプレイ
１２６８  リレーレンズ
１５００  望遠鏡
１５０２  凹面鏡
１５０４  凸面鏡
１５０６  波形
１５０８  入力波形
１５１０  ビームスプリッター
１５１２  波面センサ
１５１４  能動位相修正デバイス
１５１６  補償光学系修正制御部
１５１８  ビーム
１７０２  光源
１７０４  波形
１７０６  位相修正デバイス
２４００  ＳＬＭ制御部／駆動部
【図１】
2015509215.tif 000004
【図２】
2015509215.tif 000005
【図３】
2015509215.tif 000006
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図６ａ】
2015509215.tif 000010
【図７】
2015509215.tif 000011
【図８】
2015509215.tif 000012
【図９】
2015509215.tif 000013
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
2015509215.tif 000019
【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【国際調査報告】
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