(57)【要約】  ＴＮ液晶セルおよび光伝導性材料（バナジウムでドープされた炭化ケイ素）を用いて高輝度光源からの放射の透過を波長から独立して選択的に限定するのに適した光アドレス型光弁。
2012533097.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高輝度光の透過を限定するための光アドレス型光弁（ＯＡＬＶ）であって、
入力偏光子および出力偏光子と、
第１の透明電極と第２の透明電極の間にいずれも挟まれたフォトレジスタ層および電圧依存性の偏光変調器とを備え、
フォトレジスタ層が、光学的に不活性な材料を含む、光アドレス型光弁（ＯＡＬＶ）。
【請求項２】
フォトレジスタ層が、バナジウムでドープされた炭化ケイ素（Ｖ−ＳｉＣ）である、請求項１に記載のＯＡＬＶ。
【請求項３】
第１の透明電極が、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）でコーティングされたガラスを備え、第２の透明電極が、フォトレジスタ層上のインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）コーティングを含む、請求項１または２に記載のＯＡＬＶ。
【請求項４】
第１の透明電極および第２の透明電極が、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）でコーティングされたガラス板を備える、請求項１または２に記載のＯＡＬＶ。
【請求項５】
電圧依存性の偏光変調器が、液晶の層内に形成された９０度で捩じられたネマチック層を含む、請求項１から４のいずれかに記載のＯＡＬＶ。
【請求項６】
入力偏光子および出力偏光子が、交差される、請求項１から５のいずれかに記載のＯＡＬＶ。
【請求項７】
画像がＯＡＬＶ上で形成され得るように焦平面にまたはその近くに配置された、請求項１から６のいずれかに記載のＯＡＬＶを備える光学システムまたは撮像装置。
【請求項８】
添付の図の図５および図６を参照して本明細書の上記で実質的に説明されたＯＡＬＶ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光アドレス型光弁、より詳細には高輝度光源からの放射の透過を波長から独立して選択的に限定するのに適した光アドレス型光弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
高輝度光源による眩しさは、光学システムまたは撮像装置における共通の問題であり、センサに対する損傷、画像品質の低下、またはユーザの状況認識の損失を引き起こす。問題は、太陽光、溶接アーク、車のヘッドランプまたはレーザなどの高輝度光源が、システムまたは装置に向けられたときに起こる。特にレーザによる飽和または眩しさは現在、レーザ自体が、より小型に、より安価に、かつより容易に入手可能になるにつれて軍隊環境および民間環境の両方における共通の問題である。これは、さらに、センサへの光の透過を限定するまたはフィルタをかけるために電気光学的保護対策（ＥＯＰＭ）を備えたそのようなシステムおよび装置を提供する必要性をもたらしている。ＥＯＰＭに対する１つの手法は、光アドレス型光弁（ＯＡＬＶ）を用いて空間的にブロックすることによって眩しさの効果を限定することである。
【０００３】
ＯＡＬＶの１つのタイプは、フォトレジスタ（ＰＲ）を、２つの偏光子の間に配置された９０°で捩じられたネマチックになり得る電圧依存性の偏光変調器に結合させることによって機能する。偏光子は、特有の入来する波長を除去するために、互いに対して所定の角度で設定され得る。ＰＲおよび液晶層の両方は、電極として作用する透明なインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）でコーティングされたガラス板の間に位置している。正弦波電圧または矩形波電圧が、結晶性固体インジウムを用いて取り付けられたワイヤを介してこれらのＩＴＯ層に印加される。ＰＲは、光の存在によって変更され得る大きい導電性を有する材料である。通常、光生成電荷は、光に応答して抵抗性を低下させる。このようにして、液晶層上の電圧低下は、装置上に落ちる光の輝度プロファイルによって決定される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ＯＡＬＶの１つのタイプは、ビスマスシリコンオキサイド（ＢＳＯ）から製作されたフォトレジスタを組み込む。ＢＳＯは、高い暗伝導度（光の不在下での伝導度）を含む優れた光伝導特性を有し、ＢＳＯをＯＡＬＶに対して完璧なふさわしいものにする。しかしながら、ＢＳＯは、それ自体光学的に活性である。これは、ＢＳＯが、結晶媒体を通過する線形に偏光された光の波長依存の回転を引き起こすことを意味する。この光学活性は、知られているＢＳＯ  ＯＡＬＶが、単一の所定の有害波長を選択的に限定するのに効果的であることを意味する。異なる波長が、異なる量だけＰＲによって回転されるため、分析偏光子は、特有の入来する波長をブロックするように所定の角度で設定される必要がある。
【０００５】
知られているＯＡＬＶをカメラ、暗視装置、照準器、安全ゴーグルなどの光学システムまたは撮像装置に組み込むことにより、センサは、１つの所定の有害波長によって眩しさから効果的に保護され得る。
【０００６】
本発明の目的は、高輝度光源からの放射の透過を波長から独立して空間的に限定するように適合されたＯＡＬＶ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、高輝度光の透過を限定するための光アドレス型光弁（ＯＡＬＶ）であって、
入力偏光子および出力偏光子と、
第１の透明電極と第２の透明電極の間にいずれも挟まれたフォトレジスタ層および電圧依存性の偏光変調器とを備え、
フォトレジスタ層は、光学的に不活性な材料を含む、光アドレス型光弁（ＯＡＬＶ）を提供する。
【０００８】
ＢＳＯなどの知られている光学的に活性なフォトレジスタ材料を光学的に不活性なフォトレジスタ材料に置き換えることにより、フォトレジスタが、入来する光の偏光に寄与せず、ＯＡＬＶを使用して高輝度光源からの放射の透過を波長から独立して限定することを可能にすることが確実にされる。言い換えれば、本発明によるＯＡＬＶは、センサを広帯域源（すなわち白光）および単色源から保護するために使用され得る。これは、緑および赤の両方のタイプのレーザならびに直射日光などの他の光波の形態を網羅する。１つの適切な光学的に不活性なフォトレジスタ材料は、バナジウムでドープされた炭化ケイ素（Ｖ−ＳｉＣ）であるが、他の等価の材料が、当業者には明らかである。
【０００９】
本発明は、紫外線および赤外線を含むあらゆる高輝度光源に適用可能であることが留意されなければならない。
【００１０】
１つの実施形態では、第１の透明電極は、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）でコーティングされたガラス板を含み、第２の透明電極は、フォトレジスタ層の外面上のインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）コーティングを含む。
【００１１】
あるいは、第１の透明電極および第２の透明電極はいずれも、好都合には、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）でコーティングされたガラス板を含むことができるが、等価の構成が、当技術分野で知られている。
【００１２】
電圧依存性の偏光変調器は、好ましくは、液晶の層内に形成された捩じられたネマチック層を含む。これは、液晶層の２つの主要面に隣接して一定方向にラビング処理されたポリマーコーティングを施すことによって形成され得る。局所的な液晶の向きは、隣接するポリマー層のラビング処理方向によって決定され、それにより、たとえばラビング処理方向が直交する場合、９０°のらせん液晶構造が、液晶層の厚さを貫通して確立される。
【００１３】
入力偏光子および出力偏光子が交差される場合、装置は、高輝度光を透過できなくなり、一方で低レベルの光は、装置によって影響を受けずに透過される。
【００１４】
本発明によるＯＡＬＶを、光学システムまたは撮像システムの焦平面にまたはその近くに配置することにより、高輝度の入射光が、ＯＡＬＶ上の点に集光される。したがって、装置は眩しさの集光された点のみをブロックして、ユーザが画像の残りのものを明確に見ることを可能にする。
【００１５】
本発明がより十分に理解され得るように、次にその実施形態が、添付の図を参照して説明される。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】標準的なＯＡＬＶ設計を示す図である。
【図２】偏光変調に使用される捩じられたネマチック層のらせん構造を示す図である。
【図３ａ】標準的なＯＡＬＶの非線形効果を示す図である。
【図３ｂ】標準的なＯＡＬＶの非線形効果を示す図である。
【図４】ＢＳＯ  ＯＡＬＶの非線形応答を示す図である。
【図５】本発明によるＯＡＬＶ（偏光子は図示されず）を示す図である。
【図６】Ｖ−ＳｉＣ  ＯＡＬＶの非線形の光学的応答を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１は、標準的なＯＡＬＶ設計１を示している。２枚のガラス板は、ガラス電極２を提供するために、透明なインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）でコーティングされている。フォトレジスタ３は、液晶層４に結合され、このときスペーサ５は、液晶が毛管作用によって中に充填される空隙を形成するように配置されている。ガラス電極２は、電圧６およびアース７に電気的に接続されている。これらの電気的接続６および７は、正弦波電圧または矩形波電圧をガラス電極２上に印加することを可能にする。これらのガラス電極２は、ポリマー層でスピンコートされており、局所的な液晶層４の配向がラビング処理方向によって決定されるように一方向にラビング処理される。２つのラビング処理方向が直交するように装置を構築することにより、９０°のらせん構造が、液晶層４内に築かれる。これは、捩じられたネマチックとして知られている。捩じられたネマチック層は、電圧依存性の偏光変調器である。
【００１８】
図２は、ＯＡＬＶ組立体１１内の交差された偏光子１３、１８間に配置された捩じられたネマチック層１６の効果を示している。低輝度光１２が、入力直線偏光子１３を通ってＯＡＬＶ組立体１１内に入る。低輝度光１２は、ＩＴＯコーティングされたガラス電極１４を通って進行する。光が、捩じられたネマチック層１６を通って伝播するとき、偏光の方向は、捩じられたネオマチックらせんと共に回転される。捩じられたネマチック層１６の総捩じり角度は、９０度である。したがって、総捩じり角度は、交差された偏光子１３、１８の間の角度と合致するため、低輝度光１９は、出力線形偏光子１８によって透過される。高輝度光が、装置上に入射する場合、光伝導が、ＰＲ１５の抵抗性を局所的に低下させ、それに関連して液晶層内の電場強度を増大させる。この電場は、捩じられたネマチック層１６のらせん構造の崩壊を引き起こして、その捩じり効果が切れる。したがって、そのような高輝度光は、低輝度光のように回転されず、出力線形偏光子１８によって吸収される。
【００１９】
図３ａは、液晶がオフ状態のとき、すなわち完全に透明であるときの標準的なＯＡＬＶの非線形効果を示している。図３ｂは、液晶がオン状態のとき、すなわちレーザ光の所定の波長に対して不透明であるときの効果を示している。
【００２０】
ＯＡＬＶは非線形光学装置であるため、その機能は、入力エネルギーが変更されたときに装置の透過されたエネルギーが測定される、パワースキャン測定によって特徴付けられ得る。線形装置（ガラス板または吸収フィルタなど）は、入力光のいくらかの固定された分量を常に透過し、それにより、出力エネルギーは、入力エネルギーの一次関数となるが、一方で非線形装置による透過は、入力エネルギーによって変わる。図４は、線形装置と比較した標準的なＢＳＯ  ＯＡＬＶの非線形応答を示している。線形応答からの逸脱は、光学的スイッチとしてのＢＳＯ  ＯＡＬＶの効果性を示している。図４では、ＰＲおよび偏光子における吸収効果は、取り除かれている。
【００２１】
本出願人は、ＢＳＯ  ＰＲがＶ−ＳｉＣの液晶によって置き換えられた装置を首尾よく作り上げた。図５は、組立体２１（偏光子は示されず）として、本発明によるＶ−ＳｉＣ  ＯＡＬＶの実施形態を示している。図１と共通して、この実施形態は、ガラス電極２２、２２ａ、フォトレジスタ（ＰＲ）２３、液晶層２４、スペーサ２５、電圧に接続する電気接続２６、および接地に接続する電気接続２７を備える。この実施形態では、フォトレジスタ（ＰＲ）２３は、ＢＳＯの代わりにバナジウムでドープされた炭化ケイ素から構築される。
【００２２】
装置は、次の説明に従って構築された。ガラス電極２２、２２ａは、ＩｎｇＣｒｙｓ  Ｌａｓｅｒ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  Ｌｔｄから入手されたインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）でコーティングされたＢＫ７ガラスの板であった。ＰＲ２３は、ＩＩ−ＶＩ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ  Ｄｅｕｔｓｃｈｌａｎｄから入手された材料から２５×２５×１ｍｍでＶ−ＳｉＣウエハー切断された。Ｖ−ＳｉＣ  ＰＲ２３は、次いで、いずれの２５×２５ｍｍ面も光学的に研磨された。メタノールに溶解されたポリイミドのアライメント層が、次いで、Ｖ−ＳｉＣ  ＰＲ２３の１つの面ならびにガラス電極２２ａの１つの面上にスピンコーティングされた。これらのポリイミド層は、次いで、ベロア布を用いてラビング処理された。Ｖ−ＳｉＣ  ＰＲ２３は、そのコーティングされていない面がＩＴＯと接触し、ガラス電極２２とＶ−ＳｉＣ  ＰＲ２３の間に空隙が存在しないようにガラス電極２２上に置かれた。スペーサボール２５（１２ミクロンのガラス玉）が、次いで、Ｖ−ＳｉＣ  ＰＲ２３の表面に施され、第２のガラス電極２２ａが、そのポリイミドでコーティングされた面がスペーサ２５と接触するようにＶ−ＳｉＣ  ＰＲ２３上に置かれた。ガラス電極２２ａの面上のポリイミドコーテイングに適用されたラビング処理方向は、Ｖ−ＳｉＣ  ＰＲ２３上のポリイミド層に適用されたラビング処理方向と直交しなければならない。Ｖ−ＳｉＣ  ＰＲ２３とガラス電極２２ａの間の空隙が、毛管作用を介して液晶２４で充填された。充填された時点で、装置は、のり２８を用いて縁周りにおいてシールされ、電気ワイヤ２６、２７が、ＩＴＯ表面上にはんだ付けされた。代替の実施形態では、ガラス電極２２は、ＢＳＯ  ＰＲ層２３が液晶２４と接触する反対側にある、ＢＳＯ  ＰＲ層２３の外面に施されたＩＴＯコーティングによって置き換えられる。
【００２３】
図６は、実験的Ｖ−ＳｉＣ  ＯＡＬＶ装置の非線形の光学的応答を示している。装置の透過は、入力されたエネルギーに対する出力されたエネルギーの比によって与えられる。装置の透過が輝度に伴って変化する場合、この装置は非線形である。詳細には、装置が、低輝度に対して透過しやすく、高輝度に対して透過しにくい場合、この装置は、光学的スイッチとして機能すると考えられ得る。点線は、線形装置の応答を表示している（吸収の効果は考慮に入れられている）。線形応答（点線）からの実験点（ダイアモンド）のずれは、装置が光学的スイッチとして働いていることを実証している。
【００２４】
入力偏光子および出力偏光子が交差され、装置が、光学システムまたは撮像装置の焦平面に実質的に位置する場合、波長帯域の任意のものの高輝度の入射光源が、ＯＡＬＶ上の小さい点に集光される。高輝度光は、装置を、集光された眩しさの局所において透過しにくくし、その一方で視野の残りの部分一帯の画像化能力を維持する。
【図１】
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【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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