JPH1073798A

JPH1073798A - 非偏光用キラル・スメクティック液晶位相空間光変調器

Info

Publication number: JPH1073798A
Application number: JP9143274A
Authority: JP
Inventors: Diana Chen; ダイアナ・チェン; Phil Wright; フィル・ライト; Karen E Jachimowicz; カレン・イー・ジャキモウィッツ
Original assignee: Motorola Inc
Current assignee: Motorola Solutions Inc
Priority date: 1996-05-17
Filing date: 1997-05-15
Publication date: 1998-03-17
Also published as: US5764329A; EP0807848A2

Abstract

(57)【要約】【課題】入射する非偏光の１００％を空間的に変調可
能とするキラル・スメクティック液晶位相空間光変調器
を提供する。【解決手段】位相空間光変調器（１０）は、液晶セル
（１２）と反射素子（１４）とで構成される。変調器
（１０）は、それに入射する非偏光のほぼ１００％を受
光し、変調することが可能である。変調器（１０）は、
光源（３０），ドライバ／制御回路（５５）およびオプ
ションの光学拡大系（５６）を付加的に含む光電システ
ムにおいて使用することを意図したものである。動作の
間、外部電源によって供給される電圧のような外部刺激
を印加することによって、それを通じて放出される光の
位相を変化させ、異なる方向に進む２本の光ビームを発
生する。第１光ビームは反射素子（１４）に入射し、反
射されて、第２光ビームと同じ方向の経路に沿って進
む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光学スキャナ即ち
ビーム・スティーラ(beam steerer)の分野に関し、更に
特定すれば、非偏光を変調し、その結果、通過する光の
経路方向に変化を生じさせる非偏光用キラル・スメクテ
ィック液晶位相空間光変調器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】今日利用されている電子装置の多くは、
種々の光源を使用して製造されている。この種のより新
しく進んだ電子装置を開発する際の関心事は、必要最少
電力の維持および製造コストの低減である。これらの結
果を達成する１つ方法に、走査即ちビーム方向制御(bea
m steering) 技術を利用して、通常複数の発光素子で構
成される光源が発する光の経路方向(directional path)
を変化させるというものがある。この経路方向における
変化は、発光素子の数を減らすことができ、活性領域の
縮小が可能となるので、より多くの発光素子またはより
広い活性領域によって形成されたように見える、所望の
結果を生成することができる。この種の走査即ちビーム
方向制御の原理を利用した光電素子は、ビジュアル・デ
ィスプレイ・システムに見られる。加えて、走査即ちビ
ーム方向制御は、目標追跡装置，兵器類，光通信装置，
光計算装置，光記憶装置，印刷装置，画像走査装置等の
ように、その他の光電装置においても利用可能である。

【０００３】人間の視覚系は、ビジュアル・ディスプレ
イ(visual display)を含む多種多様のフォーマットで発
生する、大量の情報を吸収する優れた能力を有する複雑
系である。今日の世界では、多くのタイプの情報を表示
するビジュアル・ディスプレイが見られ、発着予定情報
を通知するために空港において見られる大型ビジュアル
・ディスプレイから、ポケット計算機に内蔵されたもの
のような小型ビジュアル・ディスプレイまで、様々なサ
イズや形状のディスプレイがある。ビジュアル・ディス
プレイの小型化、特に、携帯用通信機器等のような携帯
用電子装置に利用されるビジュアル・ディスプレイの小
型化では、出力の品質、必要最少電力の維持、および製
造コストの低減が関心事となっている。

【０００４】必要な電力を最少に抑える光電装置を製造
する別の方法の１つに、走査技術を組み込むことによっ
て、最少数の活性発光素子から所望の結果を得るという
ものがある。走査技術を用いたビジュアル・ディスプレ
イの小型化，および解像度品質の維持において関連する
のは、情報を処理し統合する人の視覚系の能力および視
覚系がこれを行うことができる速度である。人間の視覚
系は、約６０Ｈｚより速くない情報を処理し解釈するこ
とが可能である。したがって、ビジュアル・ディスプレ
イ内で画像の位置を変えながら１／６０秒以内に投影
し、走査すれば、目視者の目には１つの拡大された一体
画像として見える。一例として、６０Ｈｚの速度でビジ
ュアル・ディスプレイ内の６カ所の異なる位置に「Ａ」
という画像を移動すると、目視者には６個の「Ａ」から
構成された１つの一体画像が見える。画像の内容を同時
に変調した場合、例えば、６つの文字「Ａ」，「Ｂ」，
「Ｃ」，「Ｄ」，「Ｅ」，「Ｆ」から成る画像を別個に
かつ連続的に６カ所の異なる位置に６０Ｈｚの速度で移
動させた場合、目視者にはこれら６個の文字から成る１
つの一体画像が見える。このプロセスは、時間多重画像
(time-multiplexed imagery)としてより一般的に知られ
ており、スキャナ即ちビーム・スティーラの使用を通じ
て表示技術の分野で利用することができ、より具体的に
は、解像度の向上を図る微小ビジュアル・ディスプレイ
の開発において利用可能である。

【０００５】光学走査装置即ちビーム方向制御装置は、
今日ではビジュアル・ディスプレイのみではなく、目標
追跡装置，兵器類，光通信装置，光計算装置，光記憶装
置，印刷装置，画像走査装置等のような、その他の電子
装置においても利用されている。これらの走査装置は多
くの形態で見られ、最も一般的な電気機械式スキャナ
は、電流磁気効果スキャナ(galvanometric scanner) や
多角形スキャナ(polygonscanner) にように、ミラーを
内蔵したものである。このようなタイプの電気機械式ス
キャナは、一般的に、サイズが非常に大きいので、小型
軽量で低電力消費で動作し、元来携帯用であることを意
図する表示装置に内蔵するには不向きである。加えて、
機械式スキャナは複雑であり、そのため製造に費用がか
かり、しかも多くの場合動作の間大量の電力を消費す
る。

【０００６】現在の走査装置の多くは、特にキラル・ス
メクティック液晶物質を利用したものでは、円偏光(cir
cular polarized light)の方向制御が可能であるに過ぎ
ない。これらの走査装置では、非偏光は、偏光子を用い
ることによって、直線偏光(linearly polarized light)
に変化させなければならない。この場合、１００％の光
が偏光子に入射する。１／４波長板が偏光子と変調器の
間に配置され、これによって直線偏光を円偏光とする。
動作の間、約５０％の光、および／またはエネルギが偏
光子および１／４波長板を透過するが、残りの５０％は
偏光子によって吸収される。この構造は、円偏光を変調
器に入射させ、位相変調を受けさせるものである。入射
する非偏光は、変調器に入る前に、まず直線偏光とされ
次いで円偏光とされるので、直線偏光子，１／４波長
板，およびキラル・スメクティック液晶位相空間光変調
器に要求される光学的整合のために、製造コストの上昇
および困難性の増大を招く。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】したがって、通過する
非偏光の１００％を方向制御即ち走査することが可能
で、微小ビジュアル・ディスプレイ，目標追跡装置，兵
器類，光通信装置，光計算装置，光記憶装置，印刷装
置，画像走査装置等に内蔵するもののような、光電シス
テムにおいて利用するための小型の走査装置が必要とさ
れている。

【０００８】即ち、位相変調のために、完全なミラー(p
erfect mirror)のような反射素子をその一部として含
む、液晶位相空間光変調器を利用することにより、それ
を通過する非偏光の１００％の走査、したがって方向制
御を可能にする走査装置を提供することが非常に望まれ
ている。

【０００９】本発明の目的は、反射素子を内蔵すること
によって、入射する非偏光の１００％を空間的に変調可
能とする、新規で改良された走査システムを提供するこ
とである。

【００１０】本発明の他の目的は、ビジュアル・ディス
プレイ，目標追跡装置，兵器類，光通信装置，光計算装
置，光記憶装置，印刷装置，画像走査装置等に通常利用
される光電システムにおいて使用するための、反射素子
を内蔵したキラル・スメクティック液晶位相空間光変調
器を提供することである。

【００１１】本発明の更に別の目的は、表示解像度の向
上を図る新規で改良されたビジュアル・ディスプレイ・
システムに使用するために、反射素子を内蔵したキラル
・スメクティック液晶位相空間光変調器を提供すること
により、スキャナを微小ビジュアル・ディスプレイに内
蔵可能とすることである。

【００１２】本発明の更に他の目的は、反射素子および
外部から印加される刺激を含み微小ビジュアル・ディス
プレイに内蔵可能キラル・スメクティック液晶位相空間
光変調器を利用し、目視される画像の解像度品質を維持
しつつ光源が発する非偏光の１００％を走査する方法を
提供することである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上述のおよびその他の問
題の実質的な解決、ならびに上述のおよびその他の目的
の実現は、キラル・スメクティック液晶位相空間光変調
器、即ち、非偏光用変調システムにおいて達成される。
この変調器は、キラル・スメクティック液晶位相空間変
調セル，反射素子，およびドライバ／制御回路で構成さ
れる。この変調器は光電システムに内蔵することを意図
したもので、光電システムは更に光源，ドライバ／制御
回路，およびオプションの光学素子も含む。

【００１４】好適実施例では、位相空間光変調器には、
その一部として形成された、またはそれに対して空間的
に配置された、完全なミラー等のような反射素子が取り
付けられている。動作の間、非偏光は本発明の変調器に
入り、走査セル内において位相変調を受けることによ
り、それを通過する光の移動方向が変化する。変調器
は、透過モードまたは反射モードのいずれでも動作可能
である。走査セルから射出する際、光は２つの光ビーム
に分割され、２本の別個の経路に沿って進む。一方の光
ビームは反射素子に入射し、第２の光ビームは全体的に
に反射素子から離れる方向に進む。変調器の一部として
設けられた反射素子は、走査セルの出力面に対して特定
の角度に配置され、かかる角度は、光源の動作モードお
よび位置によって異なる。反射素子に入射する変調光ビ
ームは、反射面で反射され、第２の移動方向の変化を受
ける。一旦反射されると、光は、反射素子に入射せずに
走査セルから射出する変調光ビームと平行な方向の経路
に沿って進む。この種の走査および反射によって、変調
セルに入射する光のほぼ１００％を空間的に変調し、１
つの方向経路に進ませることが可能となる。

【００１５】変調器即ちスキャナは、画像源即ち光源が
発生する光のほぼ１００％の位相を空間的に変調し、そ
の結果、これによって光の経路方向に変化を生じ、ディ
スプレイ・システムでは、解像度が向上した一体画像と
して見ることができるように製造されている。画像源即
ち光源は、通常、発光素子、最も一般的には、発光ダイ
オードまたは垂直空洞表面放出レーザ（ＶＣＳＥＬ）の
アレイで構成される。また、有機発光素子（ＬＥＤ），
垂直空洞表面放出レーザ（ＶＣＳＥＬ），陰極線管（Ｃ
ＲＴ），電界放出ディスプレイ（ＦＥＤ），エレクトロ
ミネセント・ディスプレイ，プラズマ・ディスプレイ，
液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）等のような、別の発光素子
即ち画像発生素子も利用することができるが、簡略化の
ために「発光素子」という一般的な用語をこの開示全体
にわたって用いることは理解されよう。

【００１６】通常、本発明のキラル・スメクティック液
晶位相空間光変調器（以下、液晶変調器またはスキャナ
と呼ぶことにする）は、光源が発する光のほぼ１００％
の位相を空間的に変調するように機能し、通過する光の
経路方向を制御する。これは、走査セル内に含まれるキ
ラル・スメクティック液晶物質を構成する分子の構造的
組織が剛体(rigid) でないという原理に基づいて達成さ
れる。即ち、分子は外部刺激の直接的な結果として、容
易に再配向(re orientation)が可能であることを意味す
る。このように液晶物質上に外部刺激を与えることによ
り、液晶物質の分子構造の再配向が得られ、そこを通過
する光に位相変化が生じる。簡単に述べると、この位相
変化は外部刺激、本発明では印加電圧の関数であるが、
線形的に比例する必要性はない。液晶セルに印加する電
流量を変化させることにより、位相変調も変化し、これ
によって、それを通過する光の移動方向即ち角度も変化
することは理解されよう。

【００１７】いくつかの液晶スキャナ即ちビーム・ステ
ィーラの動作における関心事は、標準的な偏光子によっ
て５０％のエネルギが吸収されることによるエネルギの
損失度合いである。殆どの場合、光は、液晶スキャナを
通過する前に、全ての光が同一方向に方向制御されるよ
うに、直線状に偏光しなければならない。本発明のキラ
ル・スメクティック液晶スキャナは、非偏光のほぼ１０
０％を通過させるように作成されたものである。

【００１８】本発明のキラル・スメクティック液晶変調
器の動作の間、電圧（群）をスキャナに印加することに
よって、液晶セル内に含まれるキラル・スメクティック
液晶物質の分子配向を変化させる。このキラル・スメク
ティック液晶物質の分子構造の再配向の結果、反射素子
がスキャナからの射出光の一部を反射するときに、光の
移動方向に変化が生ずる。変調器がディスプレイ・シス
テムに内蔵されている場合、この変化は、観察者が見る
際に、結果的に発生する一体画像のフィル・ファクタお
よび／または画素数における可視変化に変換される。層
状液晶セルの配向を利用することによって、発生した光
波のほぼ１００％を空間的に変調し、方向変化を生成
し、その結果光の経路を形成し、その結果観察者が見る
ことができる一体画像を生成する。表示においては、結
果的に得られた一体画像は、解像度が向上し、フィル・
ファクタが高くなったように見えるが、画像源上の活性
画素数は同一のままである。

【００１９】好適実施例では、キラル・スメクティック
液晶スキャナは、それと一体形成された、またはそれよ
り空間的に離れて配置された、反射素子が取り付けられ
ている。より具体的には、反射素子は、光が射出する走
査セル面に対して角度φに整合されている。キラル・ス
メクティック液晶スキャナは、微小ビジュアル・ディス
プレイ・システム内に配置され、透過モードまたは反射
モードで動作する。透過モードで動作する場合、発光素
子のアレイが発生する光が直接変調器を通過し、走査さ
れるように液晶セルを配置し、これによって、光を２本
の光ビームに分割する。一方の光ビームが反射素子によ
って更に反射されるとき、位相変調によって、結果的に
単一方向の光経路が形成される。変調器が反射モードで
動作する場合、液晶セルは反射素子の表面に形成される
か、あるいは反射特性を含み、アレイによって発せされ
た光がスキャナを２回通過するように配置される。動作
の間、スキャナは、発光素子のアレイが発生する光が液
晶セルに入り、同一面を通って液晶素子から射出するよ
うに配置される。このようにする際、光を走査すること
によって、射出する光を２本のビームに分割し、一方の
ビームは反射されてその結果光経路を形成する。即ち、
表示においては、位相変調によって、一体画像が得られ
る。

【００２０】変調器は、光源を走査することによって動
作する。通常、副画素，画素群，および／またはサブ・
アレイを走査し、位相変調によって結果的に光経路を発
生する。走査即ちビーム方向制御は、光の位相および移
動方向を空間的に変調するように作用する。光源上の活
性画素即ち素子数は同一のままであり、追加の活性領域
または追加の画素等を利用している訳ではないが、ビジ
ュアル・ディスプレイにおいては、結果的に発生する一
体画像の解像度およびフィル・ファクタは、走査プロセ
スによって劇的に向上する。更に、ビーム方向制御を利
用する他の装置に内蔵した場合、通過する光の位相変調
によって、光源の活性領域の縮小が可能となる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下の説明において、本発明を図
示する異なる図面上で同様な素子を識別する際、同様の
番号を用いることとする。本発明は、アレイ状に形成さ
れ、個々にアドレス可能な可視光発光素子を利用するこ
とを基本としており、この発光素子アレイをドライバ／
制御回路および光学素子と組み合わせることによって、
本発明の発光素子，光源，即ち、画像源を構成するもの
である。所与の数の発光素子で解像度を高めるために、
あるいは、所望の解像度を達成するために必要な発光素
子の数を減少させるために、キラル・スメクティック液
晶位相空間光変調器を利用した走査技術を用いる。キラ
ル・スメクティック液晶位相空間光変調器のことを、以
下ではキラル・スメクティック液晶スキャナとも呼ぶこ
とにする。ビジュアル・ディスプレイ・システムにおい
ては、発光素子は画像源として機能する。これによっ
て、液晶スキャナによって発光素子アレイの部分または
要素を走査し、続いてそれを通じて放出される光の半分
を反射することにより、その部分から発せられる光の位
相を空間的に変調し、全ての光が１つの均一な方向に進
むようにして、その結果一体画像を形成する。この位相
変調は、移動方向(directionaltravel)を変化させ、本
質的に光をディスプレイの別の部分に「移動させる」よ
うに作用する。この走査作用は、観察者に高解像度の一
体画像が得られたと思わせるような画像を形成する。こ
の変調即ち走査によって、ページいっぱいの表示を発生
するために必要な表示素子数よりも大幅に少ない数の画
素で、ページいっぱいの表示を作成可能であることを当
業者は認めるであろう。こうして得られる一体画像は、
直視画像，仮想画像，または投影画像の１つとして見る
ことができる。加えて、本発明の変調器は、ビジュアル
・ディスプレイに内蔵しない他の場合に使用することを
意図しており、即ち、目標追跡装置，兵器類，光通信装
置，光計算装置，光記憶装置，印刷装置，画像走査装置
等において通常利用される光源から発せられる光の位相
変調における使用を意図していることも理解されよう。

【００２２】本発明において利用される走査プロセス
は、空間位相変調によって、発光素子のアレイの部分即
ち素子が発する光の経路方向を変えるという原理に基づ
くものである。走査技術を利用して結果的に得られる一
体画像の生成、または結果的に得られる光の経路の変化
における関心事は、偏光特性によるエネルギまたは光の
損失である。通常、今日利用されているキラル・スメク
ティック液晶スキャナは、円偏光を走査即ち方向制御す
るのみであり、したがって非偏光は、液晶スキャナによ
って実際に変調される前に、偏光子の使用によって直線
偏光に変化させ、更に１／４波長板の使用によって円偏
光に変化させなければならない。ここに存在する問題
は、偏光子および／またはスキャナに入射する光は、ほ
ぼ５０％のみが通過するに過ぎず、残りの５０％は偏光
子によって吸収されるということである。

【００２３】本発明のキラル・スメクティック液晶スキ
ャナの好適実施例では、ほぼ１００％の光がそれを通過
し、方向制御を受ける。キラル・スメクティック液晶変
調器は、位相変調セル、より具体的には、液晶セルで構
成され、これを通じて放出される光が射出する液晶セル
の出力面に対して角度φで整合された反射素子が取り付
けられている。反射素子は、液晶セルに一体形成される
か、あるいはこれから空間的に離れて配置されてもよ
い。液晶セルを通過する光の位相変調およびこの光の部
分的な反射によって、非偏光のほぼ１００％をある方向
の経路に方向制御することができる。

【００２４】好適実施例では、位相変調セル、即ち、液
晶セルは複数の液晶スキャナ画素で構成され、これに外
部刺激を印加することにより、その中に含まれる液晶物
質の分子配向を変化させ、その結果、それを通過する光
の位相変調が生じる。より具体的には、動作の間、キラ
ル・スメクティック液晶セルの液晶画素は、可変方位半
波リターダ(variable-orientation half-wave retarde
r) として機能する。通常小型の円錐形である光源が発
する入射光の位相変調は、光の伝搬に対して横断する面
にある、液晶画素を構成する液晶分子の光軸の回転によ
って実施される。非偏光は、位相相関関係を有していな
い左旋および右旋偏光(left and right handed polariz
ed light) が重なったものと考えることができる。液晶
セルを透過するときに、円偏光である入射光は左右像変
化(handedness change) を受け、逆符号の位相変調が施
されることにより、液晶セルの画素内に規定された分子
の回転２回に等しい位相変化を受ける。したがって、非
偏光は、リターダから射出する際には、入射方向に対し
て対称な２方向に分割される。液晶セル内に含まれる液
晶分子の各々の光学軸の配向は、印加電圧によって個々
に制御される。複数の液晶分子によって規定される液晶
画素即ちビーム方向制御素子は、液晶セルにおいて個々
に制御される素子として配列され、ビームの偏向は、各
素子の位相を設定することによって達成される。駆動方
式は、複数の画素におよぶ位相関数(phase function)
が、ブレーズ格子(brazed grating)を近似する階段状ア
レイ(staircase array) を表わすように選択される。こ
の結果的に得られる位相変調によって、最少の画素数即
ち素子数および低いフィル・ファクタを有する画像源即
ち光源が、液晶セルおよび反射素子から成る液晶変調器
との組み合わせによって、ビジュアル・ディスプレイに
おいて、遥かに多い画素で構成されているように見える
一体画像を形成することが可能となる。あるいは、目標
追跡装置，光通信，計算または記憶装置，印刷装置，画
像走査装置において、光の経路方向の変化が結果的に得
られる。

【００２５】既に述べたように、この開示の目的は、発
光素子，変調器，ドライバ／制御回路，および複数の光
学素子で構成された微小ビジュアル・ディスプレイ・シ
ステムまたは光電システムにおいて利用するための、キ
ラル・スメクティック液晶変調器即ちスキャナを提供す
ることである。好適実施例では、この液晶変調器を使用
して、発光素子が発する光の位相変調を発生させること
によって、システムのサイズを小型に維持し、微小ビジ
ュアル・ディスプレイや、兵器類，光通信，計算および
記憶装置，印刷装置，画像走査装置等のような携帯用電
子機器への内蔵を可能にする。無機または有機発光素子
（ＬＥＤ），垂直空洞表面放出レーザ（ＶＣＳＥＬ），
陰極線管（ＣＲＴ），電界放出ディスプレイ（ＦＥ
Ｄ），エレクトルミネセント・ディスプレイ，プラズマ
・ディスプレイ，液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）等のよう
な、二次元アレイに形成された種々の光源、即ち、画像
発生素子が利用可能であることは理解されよう。これら
の代替光源即ち画像源を利用する場合、好適実施例につ
いて記載するものに加えて、追加のフィルタおよび／ま
たは光学素子が必要な場合もあることも理解されよう。
また、簡略化のため、本開示全体にわたって一般的な用
語「発光素子」を用いることにする。

【００２６】ここで添付図面を参照すると、本発明のキ
ラル・スメクティック液晶変調素子即ちスキャナが開示
されている。本発明の液晶変調器の好適実施例は、概略
的に、液晶セルと、光が射出する液晶セルの出力面に対
して角度φで配置された完全なミラーのような反射素子
とで構成されていることは理解されよう。変調器即ちス
キャナの形成に利用可能な液晶セルの具体的な構造につ
いて、図１および図２に関連付けて説明する。図１およ
び図２は、それぞれ、液晶セルおよび反射素子で構成さ
れた、透過型液晶変調器および反射型液晶変調器を簡略
部分断面図で示す。

【００２７】具体的に図１を参照すると、光透過性物質
で構成された透過型液晶変調器１０の簡略拡大部分断面
図が示されている。透過型液晶変調器１０は、半波長
板、より具体的には、０．５，１．５，２．５等の波長
リターダ(wave retarder) として機能し、通過する光に
対して半波長程度の位相遅延(phase retardation) を発
生させるために設けられたものである。光透過性物質を
使用することにより、ビジュアル・ディスプレイまたは
光電装置内において透過性液晶変調器１０の位置合わせ
が可能となり、発光素子が発する光の経路が直接液晶変
調器１０を通過することが可能となる。透過型液晶変調
器１０は、透過型液晶セル１２および反射素子１４で構
成されている。透過型液晶セル１２は概略的に層形状に
作成され、ガラスのような、いずれかの好都合な光透過
性物質で形成された基板１６を含む。基板１６の外縁に
隣接して、複数の制御端子（図示せず）が形成され、複
数の導電性物質層（以下で論ずる）で形成された複数の
制御回路と電気的に連通状態にある。基板１６の上面上
に、第１パターン導電性物質層１７を形成する。第１パ
ターン導電性物質層１７は、酸化インディウム錫（ＩＴ
Ｏ）のような光透過性物質で作られるので、そこに入射
する光はそこを通過することができ、光学的に透明な接
点を規定する。第１分子整合層(molecular alignment l
ayer) 、即ち、配向層１８を透明導電性物質層１７の上
面上に配する。整合層１８は、液晶物質（以下で論ず
る）を構成する分子を適正に配置し整合するように作用
し、電圧のように液晶セル１２に作用する外部刺激が全
くない場合に、各液晶セル１２の分子は特定方向を向
く。より具体的には、整合層１８は、液晶セル１２の第
２整合層（以下で論ずる）と共に、本発明の変調器１０
の液晶セル１２の分子整合を補佐する。

【００２８】接着剤，化学的接合，層の成長およびエッ
チング等のようないずれかの好都合な手段によって、全
体的に管状のガラス・スペーサ１９を整合層１８の上面
上に固着する。勿論、管状ガラス・スペーサ１９は、ビ
ーディング(beading) 等のような様々な他の実施例でも
形成可能であり、この構造は、本説明の目的のために示
すに過ぎないことは理解されよう。管状ガラス・スペー
サ１９には、それ自体を貫通する内部開口２１が規定さ
れており、透明電極パターニングによって形成されるア
レイを包囲するのに十分なサイズを有する。内部に対向
する平坦面を有する管状ガラス・スペーサ１９内におい
て、開口２１および整合層１８の上面によって規定され
ている空洞は、キラル・スメクティック液晶物質のよう
な液晶物質２０の連続層で充填されている。

【００２９】ガラス・プレート２４は、更に第２電気接
点を規定するための導電性物質２３の第２層を有する。
あるいは、導電性物質層２３にパターニングを行い、導
電性物質層１７に対して直交するように構成することに
より、液晶画素の二次元アレイを規定可能であることも
理解されよう。ガラス・プレート２４の下面上に層２３
を形成し、第２電気接点を規定する。第２電気接点は、
透明導電性物質層１７および液晶物質２０と共に、光学
的に透明な接点および第２接点によって規定される液晶
画素の完全なアレイを形成する。好適な透過型実施例で
は、第２接点は、酸化インディウム錫等のような光透過
性物質で形成される。

【００３０】導電性リードによって、導電性物質層１
７，２３を管状ガラス・スペーサ１９の外縁に隣接する
ボンド・パッド（図示せず）に接続する。次に、管状ガ
ラス・スペーサ１９の縁にあるワイヤ・ボンド，フィー
ド・スルー接続部（図示せず）のような、いずれかの好
都合な手段によって、ボンド・パッドを基板１６上のボ
ンド・パッドに電気的に接続する。このボンド・パッド
は、接地またはある固定電圧のような共通電位がそれに
印加されるように構成されており、接点に印加される種
々の電位と協同して、液晶物質２０を活性化し、これに
電圧（群）を印加するように作用する。パターン導電性
物質層２３の下面上に、第２整合層２２を形成する。整
合層１８の上面，管状ガラス・スペーサ１９および整合
層２２の下面によって規定される空洞内に、液晶物質２
０を含ませる。整合層１８，２２は、別個の層即ち個別
層で形成することができ、それらを単に管状ガラス・ス
ペーサ１９の対向側に配置し、組立の間残りの層をその
間に狭持してもよいことは、当業者には明白であろう。
また、２つの整合層を開示したが、一方の整合層のみを
利用する別の製造もこの開示から想起されることも理解
されよう。

【００３１】複数のドライバおよび制御回路（図示せ
ず）によって、透過性液晶セル１２が完成する。透過性
液晶セル１２は液晶画素のアレイを含み、その各々が接
続パッドを通じて個々にアドレス可能となっている。ド
ライバおよび制御回路は、データ入力端子と制御信号出
力端子とを有する。これらの端子は、複数の接続パッド
即ちボンド・パッドを通じて液晶スキャナ画素に接続さ
れ、各液晶スキャナ画素の活性化および制御、ならびに
電位即ち電圧の印加を行う。液晶セル１２の電気接点
は、二次元アレイとして形成されている場合、行列状に
形成され、アドレッシングおよびスイッチング回路（図
示せず）は、接点に結合された行列状バスおよび電子ス
イッチを含み、各接点即ち画素が個々にアドレス可能と
なっている。行列状の電気バスは、個々の画素との外部
通信（アドレッシングおよび制御）のために、ガラス・
プレート２４の縁に隣接して形成された複数の接続パッ
ドに電気的に接続されている。液晶物質２０の特定部分
の分子構造の再配向を活性化するために、電位、即ち、
外部電源のような外部刺激によって供給される電圧を、
当該特定の画素即ち部分に対する上下接点間に印加しな
ければならない。電位を印加しない場合、液晶物質２０
は通常中立位置にあり、分子配向即ち分子の長軸は異常
光軸（Ｎ_e ）に沿っている。別の言い方をすれば、異常
光軸は、それを通じて光が異常光屈折率を見る軸であ
り、それを通過するあらゆる光は、空間的に変化する位
相変調を受けることはない。尚、本実施例は、行列状ド
ライバを使用して説明するが、別の場合には、薄膜トラ
ンジスタ（図示せず）を能動型駆動素子として設けるこ
とも可能であり、各液晶スキャナ画素の後ろに配置すれ
ばよいことは理解されよう。加えて、本発明のキラル・
スメクティック液晶セル１２は、画素状には形成せず、
一次元または二次元に形成された単一の画素または多数
の画素を含むような形成も可能であることは理解されよ
う。

【００３２】液晶変調器１０の最終素子は、図１に示す
ように反射素子１４である。概略的に、反射素子１４は
基板を含み、少なくとも１層の反射性物質から成る反射
面２５がその上に形成されている。この開示において使
用するために考えられる反射性物質は、アルミニウム，
金，誘電体物質等を含むが、これらには限定されない。
反射性素子１４は、液晶セル１２の光出力面２６と角度
φで整合するように配置される。より具体的には、反射
素子１４は、液晶セル１２の光出力面２６から反射素子
１４に向かう方向の経路に沿って進む光が、反射面２５
によって反射され、光の経路方向を変化させるように配
置される。尚、反射素子１４は、液晶セル１２に取り付
けたり、液晶セル１２と一体的に形成したり、あるいは
液晶セル１２に対して空間的に配置してもよいことは理
解されよう。

【００３３】次に図２を参照すると、本発明の反射型キ
ラル・スメクティック液晶変調器１０’の構造の簡略断
面図が示されている。反射型キラル・スメクティック液
晶変調器１０’は、反射型液晶セル１２’から成り、こ
れに対して反射素子１４’が空間的に配置されている。
図１に示した素子と同様の素子には、全て同様の番号を
付し、更に別の実施例であることを示すためにダッシュ
を付け加えてあることは理解されよう。反射型液晶変調
器１０’は、１／４波長板、より具体的には、０．２
５，１．２５，２．２５等の波長リターダとして機能す
るために設けられており、そのために、通過光が液晶物
質（以下で論ずる）を通過する際に、１／４波長程度の
遅延が生ずる。光が液晶物質を通過し、反射して液晶物
質を再び通過する（以下で論ずる）際に、半波長程度の
完全な遅延を受ける。反射型液晶セル１２’は、反射特
性を呈するように製造されたある素子がセル１２’の一
部として存在すること以外は、前述の透過型液晶セル１
２と同様である。具体的に図２を参照すると、光透過性
基板１６’，光透過性導電性物質層１７’，２３’，分
子整合層１８’，２２’，ガラス・スペーサ１９’，液
晶物質２０’，およびガラス・プレート２４’で構成さ
れている反射型液晶セル１２’が示されている。液晶セ
ル１２’は、図１の透過型液晶セル１２とほぼ同様に、
積層状に製造される。透過型液晶セル１２の場合と同
様、動作の間、セル１２’に電圧を印加することによっ
て、液晶物質２０’を活性化し、印加した電位にしたが
って、そこを通過する光の位相を変調する。

【００３４】好適実施例では、図２に示すような光透過
性のある２つの導電性物質層１７’，２３’，別個の反
射層２７を液晶スタックとして設けることにより、液晶
物質２０’を通過する光が反射されて液晶物質２０’を
再び通過し、単一の液晶セル１２’内で２回の位相変調
を受ける。反射層２７は、アルミニウム等のようないず
れかの好都合な反射性物質で形成される。別の実施例で
は、層２３’のような導電性物質層の一方を、アルミニ
ウムのような反射性物質で形成し、それに入射する光を
接点自体が反射するように機能させることにより、別個
の反射層の必要性を無くしてもよい。このような実施例
では、反射性導電性物質をアルミニウム、またはガラス
・プレート２４’上で都合良くパターニングまたは位置
決めが可能であり、それに入射する光を反射する反射性
物質で形成することができる。この反射物質が反射した
光は、液晶物質２０’を再度通過し単一のセル１２’内
で２回目の位相変調を受ける。

【００３５】液晶変調器１０’は、図２に示すような、
反射素子１４’を含む。反射素子１４’は、前述の透過
性液晶変調器１０の反射素子１４とほぼ同様に構成され
る。反射素子１４’は、液晶セル１２’の光出力面２
６’と角度φ’で整合するように配置される。より具体
的には、反射素子１４’は、液晶セル１２’の光出力面
から反射素子１４’に向かう経路の方向に射出する光
が、反射素子１４’によって反射され、光の経路の方向
を変化させるように配置される。図２に示すように、反
射素子１４’は、液晶セル１２’からは空間的に離れて
配置されている。あるいは、反射素子１４’を液晶セル
１２’に取り付けたり、液晶セル１２’との一体形成も
可能であることは理解されよう。

【００３６】更に他の代替実施例（図示せず）では、パ
ターニングされた導電性物質を直接その上に有するシリ
コン・チップ上に、反射型液晶セルを作成することも可
能である。この場合の液晶セルは、本質的に反射型液晶
セル１２’について既に開示した実施例にしたがって形
成され、反射性素子または層は、導電性物質層の代わり
に、またはそれらと組み合わせて利用される。この実施
例では、ドライバ回路を内部に形成したシリコン・チッ
プの上面上に複数の金属パッドを直接形成することによ
って、駆動回路をスキャナと一体化する。

【００３７】本発明の液晶位相空間光変調器１０，１
０’は、それぞれ、前述の透過モードまたは反射モード
の一方における動作を意図するものである。次に図３，
図４，および図５を参照すると、ビジュアル光電システ
ム（図示せず）内に配置した場合の、透過型液晶変調器
１０の様々な構成が示されている。尚、変調器１０の素
子の適正な構成および整合は、変調器１０に対する光電
システム内の画像源即ち光源の位置決めに左右されるこ
とは理解されよう。

【００３８】図３を具体的に参照すると、光源３０，液
晶セル１２および反射素子１４で構成された、ビジュア
ル・ディスプレイ・システムのような光電システムの整
合および／または構成の概略図が示されている。光源３
０は、概略的に、複数の発光素子から成り、放出された
光が透過型液晶セル１２の光入力面２８に対して角度φ
で入射し、それを通過し、方向矢印で示すような位相空
間変調を生ずるように配置されている。変調器１０の反
射素子１４は、光出力面２６から角度φで配置されてお
り、光源３０から放出され液晶セル１２に入射する光と
平行となっている。動作の間、液晶セル１２に電圧を印
加することによって、それを通過する光の経路を空間的
に変調する。

【００３９】図３に破線で示すように、セル１２に電圧
を印加しない場合、それに入射する光の透過経路は変化
せずに、直線的に通過する。変調器に電圧を印加した場
合、それを通過する光は空間的に変調を受け、図３にお
いて方向矢印で示すような、２本の独立した光ビームか
ら成る分割光ビームとして、液晶セル１２から射出す
る。変調器から射出する一方の光ビームは、右旋円偏光
であり、他方の光ビームは左旋円偏光である。各光ビー
ムは、この偏向にしたがって、特定の方向の経路に沿っ
て進む。第１光ビームは、入射光の無変更透過経路に対
して正の角度αで進み、第２光ビームは入射光の無変更
透過経路に対して負の角度αで進む。図示のように、第
１光ビームは、反射素子１４に向かう方向の経路に沿っ
て進む。この光ビームは、角度αで反射素子に入射し、
反射角度αで反射素子１４によって反射され、これによ
って、第２光ビームと等しい方向の経路に沿って進むこ
とになる。動作の間、複数の発光素子がセル１２の光入
力面２８上に光を発することにより、それに入射する光
を空間的に変調し、ビジュアル・ディスプレイ・システ
ムにおいて使用する場合、光源よりも多い数の画素で構
成されているように見える一体画像が結果的に生成され
る。

【００４０】次に図４を参照すると、本発明の透過性液
晶変調器１０の他の構成が示されている。即ち、反射素
子１４が取り付けられている、または一体形成されてい
る液晶セル１２が示されている。反射素子１４は、液晶
セル１２の光出力面２６に対してほぼ垂直に整合されて
いる。既に述べたように、光源３０は、反射素子１４の
整合に対して平行に光を発するように配置されている。
一旦そこを通過する光が空間的に変調され、光の一部が
反射素子１４によって反射されると、全ての光が１つの
方向の経路に沿って進む。

【００４１】次に図５を参照すると、本発明の透過型液
晶変調器１０の更に他の構成が示されている。具体的に
は、液晶セル１２が示されており、反射素子１４がこの
液晶セル１２に対して空間的に配置されている。反射素
子１４は、セル１２に対して広い角度で配置されている
ため、それに入射する光は、広い角度にわたる方向経路
に沿って移動しなければならない。方向矢印で示すよう
に、光源３０によって発せられる光は、液晶セル１２を
通過し、反射素子１４に向かって進む第１方向光ビーム
と、ディスプレイ・システムの出力に向かって進む第２
方向光ビームとに分割される。第１方向光ビームは反射
素子１４によって、入射角に等しい角度で、更に第１方
向光ビームと等しい方向の経路に沿って反射され、ディ
スプレイ・システムの出力に向かう。液晶変調器１０を
使用することによって、光源３０が発する光のほぼ１０
０％の空間的変調が可能となる。しかしながら、反射，
回折または散乱のために、小さい割合の光またはエネル
ギが失われることは理解されよう。

【００４２】前述のように、本発明の液晶変調器１０
は、液晶セル１２が反射特性を有するように構成されて
いる場合は、反射モードで動作可能である。次に、図
６，図７，および図８を参照すると、反射素子１４’が
空間的に配置された、本発明の反射型液晶変調器１０’
の様々な構成が示されている。この場合も注記すべき
は、透過型液晶変調器と同様の反射型液晶変調器の全て
の素子には同様の番号を付し、異なる実施例であること
を示すために番号にダッシュ（’）を付加してあること
である。反射型液晶変調器１０’は、上述の等価型液晶
変調器１０と同様に動作するが、本実施例では、光源３
０’から発せられる光が、液晶セル１２’の同一光入力
／出力面２９を通じて入射し射出する点で相違する。具
体的に図６を参照すると、本発明の液晶変調器１０’の
一構成が示されている。変調器１０’は、反射型液晶セ
ル１２’および反射素子１４’で構成されている。図示
のように、光源から発せられる光が液晶セル１２’の光
入出力面２９に対して入射角φ’を有するように、光源
３０がビジュアル・ディスプレイ（図示せず）内に配置
されている。破線で示すように、電圧をセル１２’に印
加しない場合、液晶セル１２’に入射し、反射されて液
晶セル１２’を通過する光は、図示の方向の経路に沿っ
て進む。電圧を印加すると、セル１２’に入射し反射し
てセル１２’を通過する光は空間的に変調され、図６に
おいて方向矢印で示すような２本の独立した光ビームか
ら成る分割光ビームとして、液晶セル１２’から射出す
る。各光ビームは、特定方向の経路に沿って進む。第１
光ビームは、入射光の無変化透過経路に対して負の角度
α’で移動し、第２光ビームは、入射光の無変化透過経
路に対して正の角度α’で進む。図示のように、第１光
ビームは、反射素子１４’に向かう方向の経路に沿って
進む。この光ビームは反射素子に角度α’で入射し、等
しい反射角α’で反射素子１４’によって反射され、第
２光ビームと等しい方向の経路に沿って進むことにな
る。

【００４３】変調器１０’と同様の構成を図７および図
８に示す。図７に示すように、反射素子１４’が、広い
角度で液晶セル１２’に取り付けられている。図８に示
すように、反射素子１４’は、液晶セル１２’の光入出
力面２９に対して９０°の角度で、液晶セル１２’に取
り付けられている。図示のように、液晶セル１２’を通
過した後、２本の光ビームが放出され、第１放出光ビー
ムは反射素子１４’に入射し、第２放出光ビームと等し
い方向の経路に反射される。

【００４４】本発明の液晶位相空間光変調器は、非偏光
の方向制御が望まれる光電システムにおける使用を意図
したものであることは理解されよう。より具体的には、
液晶位相空間光変調器は、微小ビジュアル・ディスプレ
イ・システム，目標追跡装置，兵器類，光通信装置，光
計算装置，光記憶装置，印刷装置，画像走査装置等にお
ける使用を意図したものである。ビジュアル・ディスプ
レイ・システムにおける使用および動作の間、光源即ち
発光素子，位相空間光変調器，ドライバ／制御回路およ
び種々の光学素子で構成されたシステムによって、結果
的に一体画像が発生される。結果的に得られる一体画像
は、非常に小さく人間の目では適正に認識（完全に理
解）できないので、快適かつ完全な目視のためには、通
常、少なくとも４倍の拡大が必要である。本発明のキラ
ル・スメクティック液晶位相空間光変調器を内蔵可能な
光学拡大系の例のいくつかを、ビジュアル・ディスプレ
イ・システムに内蔵した場合について、図９ないし図１
３に示し、以下に説明する。図９を参照すると、微小ビ
ジュアル画像ディスプレイ４０の簡略構成図が示されて
いる。微小ビジュアル画像ディスプレイ４０は匡体４２
によって規定され、画像を供給するための画像発生装置
４１を含む。光学素子４４によって代表される光学系
は、微小ビジュアル画像ディスプレイ４０の画像発生装
置４１に対して離間された関係で配置されている。上述
の反射型液晶変調器１０’とほぼ同様の反射型位相空間
光変調器４５は、画像発生装置４１が発する光を空間的
に変調し、その結果、アパーチャ４８から離れた目４７
によって見ることができる高解像度の一体画像を生成す
るように配置されている。あるいは、上述の変調器１０
とほぼ同様の透過型液晶変調器も微小ビジュアル・画像
・ディスプレイ４０に利用可能であることは理解されよ
う。

【００４５】動作の間、画像発生装置４１が発生する光
は、光学素子４４および変調器４５を通過する。様々な
外部電圧を変調器４５に印加することによって、画像発
生装置４１の複数の発光素子が発する光の走査効果が得
られる。結果的に、アパーチャ４８を通じて観察者の目
４７が見ることができる一体画像が得られ、画像発生装
置４１よりも画素数が多く、しかも高いフィル・ファク
タを有するように見えるが、画像発生装置４１の画素数
は同一のままである。

【００４６】画像発生装置４１から離間した関係で取り
付けられた複数の光学素子によって模式的に表されてい
る光学素子４４は、画像発生装置４１からの画像を受
け、その画像を所定量だけ追加的に拡大する。必要であ
れば、合焦および追加拡大のためにレンズ系を調節可能
とすることも可能であり、あるいは簡略化のために匡体
内に固定してもよいことは、勿論理解されよう。尚、微
小ビジュアル画像ディスプレイ４０の外部に追加の光学
素子を設けることにより、画像の一層の拡大および画像
の補正も可能であることを注記しておく。

【００４７】次に図１０，図１１および図１２を参照す
ると、本発明による別の微小ビジュアル画像ディスプレ
イ５０が、正面図，側面図，および平面図でそれぞれ示
されている。図１０，図１１および図１２は、ほぼ原寸
大の微小仮想画像ディスプレイ５０を図示し、本発明に
よって達成される小型化の度合いを示している。微小ビ
ジュアル画像ディスプレイ５０は、以下液晶変調器５２
と呼ぶ透過型キラル・スメクティック液晶位相空間光変
調器５２（上述の液晶変調器１０とほぼ同様），画像発
生装置５４，複数のドライバ／制御回路５５，および光
学拡大系５６を構成する複数の光学素子を含む。あるい
は、ディスプレイ５０に僅かな変更を加えれば、上述の
液晶変調器１０’とほぼ同様の反射型液晶変調器も微小
ビジュアル画像ディスプレイ５０に利用可能であること
は理解されよう。

【００４８】画像発生装置５４は、標準的なプリント回
路基板５８と電気的にインターフェースされて取り付け
られている。透過型液晶位相空間光変調器５２は、光学
拡大系５６と光学的に整合されて取り付けられているの
で、画像発生装置５４が発する光は光学拡大系５６を通
過し、液晶変調器５２を通過する前に、画像拡大系５６
によって形成される褶曲光学拡大器(folded optical ma
gnifier)から射出することができる。

【００４９】具体的に図１３を参照すると、図９の微小
ビジュアル画像ディスプレイ５０の４倍拡大側面図が、
明確化のために示されている。この図から、光学拡大系
５６は光学プリズム６２を含み、画像発生装置５４が発
生する画像は光学プリズム６２を通過し、屈折面６３を
通過することがわかる。次に、画像は、屈折入力面６５
および屈折出力面６６を有する光学レンズ６４に向けら
れる。光学レンズ６４から、画像は、入力屈折面６９お
よび出力屈折面７０を有する光学レンズ６８に向けられ
る。また、本実施例では、面の１つ、例えば、屈折入力
面６５に、少なくとも１つの回折光学素子を設け、色収
差およびその他の収差を補正している。透過式液晶変調
器５２は、画像発生装置５４が発生する光がそれを通過
し、液晶変調器１０に関連して既に説明したのと同様に
動作するように配置されている。オペレータがアパーチ
ャ７２を覗き込むと、微小ビジュアル画像ディスプレイ
５０の後ろにあるように見える、大きく容易に認識可能
なビジュアル画像が目に入る。

【００５０】この開示から、図９ないし図１３に開示し
た複数の光学素子は、反射素子，屈折素子，回折素子，
偏光子，ディフューザ，またはホログラフィ・レンズを
含み、画像発生装置の上に位置する関係で取り付けられ
る、即ち、光学レンズの内側面上に配置されることも想
起される。更に、反射素子，屈折素子，回折素子または
ディフューザを含む複数の光学素子の取り付けを、光、
即ち、得られる一体画像を出力する光学拡大器の表面に
対して上に位置する関係とし、即ち、光出力面の外側面
上に配置し、得られる一体画像を形成する光のための画
像面が形成可能であることも開示する。

【００５１】本発明のキラル・スメクティック液晶位相
変調器１０，１０’は、あらゆる数の多種多様なビジュ
アル画像ディスプレイ・システムに内蔵することを意図
したものであり、その内のいくつかについては既に述べ
た。液晶変調器の光源および光学素子（必要であれば）
に対する配置は、所望の結果および動作モードによって
異なることは理解されよう。これらのタイプのビジュア
ル画像ディスプレイ・システムは、究極的に、様々なタ
イプの電子機器、即ち、セルラおよび携帯用電話機やペ
ージャのような携帯用通信機器，ならびにスマート・カ
ード・リーダ装置，目標追跡装置，兵器類，光通信装
置，光計算装置，光記憶装置，印刷装置，画像走査装置
等のようなその他のタイプの電子装置に使用することを
意図している。

【００５２】以上のように、比較的製造が容易でかつ安
価であり、液晶セルと、発光素子が発する光の位相を空
間的に変調するように作用する反射素子とから成る、新
規で改良されたキラル・スメクティック液晶位相空間光
変調器が開示された。本発明の液晶層位相空間光変調器
は、ビーム方向制御を必要とする光電システムにおける
使用を意図するものである。光電システムの素子は、光
源，液晶位相空間光変調器，走査装置，およびオプショ
ンの光学素子を堅固に取り付けつつ、電気接続部をこれ
らの素子に都合よく一体化し、それに対する外部接続を
設けている。光源，偏光子，ディフューザ，および必要
であれば追加の光学系を、小型のビジュアル・ディスプ
レイ・システムに都合良く一体化し、更にこのビジュア
ル・ディスプレイ・システムは、光学レンズを形成する
匡体への一体化が容易であるため、携帯用電子機器に使
用することが可能である。更に、偏光板または偏光層，
屈折素子，回折素子等のような追加の光学素子も、ビジ
ュアル・ディスプレイ・システムの匡体外部に容易に配
置可能であることも開示する。フィル・ファクタが低い
発光素子を光源として使用し、これを位相空間光変調器
によって走査して、それを通過する光の経路の方向を変
化させることにより、システムの一層の小型化および必
要な電力の最少化が可能となる。

【００５３】以上本発明の具体的な実施例について示し
かつ説明してきたが、更に別の変更や改善も当業者には
想起されよう。したがって、本発明はここに示した特定
形態には限定されない。

【図面の簡単な説明】

【図１】反射素子が取り付けられた、本発明の透過型キ
ラル・スメクティック液晶セルの構造の簡略断面図。

【図２】反射素子が空間的に配置された、本発明の反射
型キラル・スメクティック液晶セルの構造の簡略断面
図。

【図３】本発明の透過型キラル・スメクティック液晶変
調器の構成の簡略構成図であり、変調器を通過する光の
空間変調およびその結果としての移動方向を示す図。

【図４】本発明の透過型キラル・スメクティック液晶変
調器の構成の簡略構成図であり、変調器を通過する光の
空間変調およびその結果としての移動方向を示す図。

【図５】本発明の透過型キラル・スメクティック液晶変
調器の構成の簡略構成図であり、変調器を通過する光の
空間変調およびその結果としての移動方向を示す図。

【図６】本発明の反射型キラル・スメクティック液晶変
調器の構成の簡略構成図であり、変調器を通過する光の
空間変調およびその結果としての移動方向を示す図。

【図７】本発明の反射型キラル・スメクティック液晶変
調器の構成の簡略構成図であり、変調器を通過する光の
空間変調およびその結果としての移動方向を示す図。

【図８】本発明の反射型キラル・スメクティック液晶変
調器の構成の簡略構成図であり、変調器を通過する光の
空間変調およびその結果としての移動方向を示す図。

【図９】本発明の液晶変調器を内蔵した微小ビジュアル
画像ディスプレイの簡略構成図。

【図１０】本発明の液晶変調器を利用したビジュアル画
像ディスプレイ装置の正面図。

【図１１】本発明の液晶変調器を利用したビジュアル画
像ディスプレイ装置の側面図。

【図１２】本発明の液晶変調器を利用したビジュアル画
像ディスプレイ装置の平面図。

【図１３】本発明のキラル・スメクティック液晶変調器
を利用した図１０の装置の側面図を４倍に拡大し、装置
を通過する光の移動方向を示す図。

【符号の説明】

１０透過型液晶変調器１２透過型液晶セル１４反射素子１６基板１７第１パターン導電性物質層１８配向層１９ガラス・スペーサ２０液晶物質２１内部開口２２第２整合層２３第２導電性物質層２４ガラス・プレート２５反射面２７反射層３０光源４０微小ビジュアル画像ディスプレイ４１画像発生装置４２匡体４４光学素子４５反射型位相空間光変調器４７目４８アパーチャ５０微小ビジュアル画像ディスプレイ５２透過型キラル・スメクティック液晶位相空間光
変調器５４画像発生装置５５ドライバ／制御回路５６光学拡大系５８プリント回路基板６２光学プリズム６３屈折面６４光学レンズ６５屈折入力面６６屈折出力面６８光学レンズ６９入力屈折面７０出力屈折面７２アパーチャ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者カレン・イー・ジャキモウィッツアメリカ合衆国アリゾナ州ラヴィーン、ボックス647、ア−ルア−ル２

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】位相空間光変調器であって：位相変調物質
（２０）を含み、ドライバ／制御回路（５５）が接続さ
れている位相変調セル（１２）；前記液晶セル（１２）
と整合された少なくとも１つの反射素子（１４）であっ
て、前記液晶セル（１２）から射出しそれに入射する光
を反射することが可能な反射素子（１４）；および前記
液晶セル（１２）間に電圧を印加することにより、前記
液晶セル（１２）に含まれる前記位相変調物質（２０）
の構造を変化させる手段（５５）；から成ることを特徴
とする位相空間変調器。
【請求項２】位相空間変調器であって：液晶セル（１
２）であって、その中に含まれる液晶物質（２０）の長
軸を規定する複数の分子が、異常光軸に沿ったそれらの
長軸と整合されるように製造された前記液晶セル（１
２）；少なくとも１つの反射素子（１４）であって、前
記液晶セル（１２）から射出しそれに入射した光を反射
するように、前記液晶セル（１２）と整合された前記反
射素子（１４）；および前記液晶セル（１２）間に少な
くとも１つの電圧を印加し、前記液晶セル（１２）に含
まれる前記液晶物質（２０）の複数の分子を再配向可能
な複数のドライバ／制御回路（５５）；から成ることを
特徴とする位相空間変調器。
【請求項３】位相空間光変調器であって：制御回路（５
５）が内部に形成された基板（１６）を含む液晶セル
（１２）であって、前記制御回路（５５）は、前記基板
（１６）の外縁に隣接する制御端子と、内部に形成され
た少なくとも１つの電気接点（１７）とを含み、前記少
なくとも１つの電気接点（１７）の各々が液晶画素と該
液晶画素に対する第１電気接点（１７）とを規定し、前
記液晶セル（１２）は、更に、少なくとも１つの第１電
気接点（１７）に対して上に位置する関係で配置された
少なくとも１つの分子整合層（１８）と、各々長軸を規
定する複数の分子から成る液晶物質（２０）の層であっ
て、前記液晶物質（２０）の複数の分子の各々の長軸を
異常光軸に沿って整合するように製造された前記少なく
とも１つの分子整合層（１８）に対して上に位置する関
係で配置された前記液晶物質（２０）の層と、第２電気
接点（２３）を形成するように配置された導電性物質
（２３）の層と、前記導電性物質（２３）の層の上に位
置するように配置されたガラス・プレート（２４）とを
含む前記液晶セル（１２）；および反射物質（２７）を
含む少なくとも１つの反射素子（１４）であって、前記
液晶セル（１２）から射出しそれに入射した光を反射さ
せるように前記液晶セル（１２）と整合された前記反射
素子（１４）；から成ることを特徴とする位相空間光変
調器。
【請求項４】光電システムであって：複数の発光素子か
ら成る光源（３０）であって、前記発光素子の各々が特
定の位相の非偏光を放出可能な前記光源（３０）；少な
くとも１つの位相空間光変調画素を規定する液晶セル
（１２）と、反射素子（１４）とから成る位相空間光変
調器（１０）であって、前記複数の発光素子によって発
せられた前記非偏光を受光して変調し、前記位相空間光
変調器（１０）によって変調され前記反射素子（１４）
上に入射した前記非偏光の一部を反射するように配置さ
れた前記位相空間光変調器（１０）；および前記複数の
発光素子に接続された複数のドライバ／制御回路（５
５）および前記位相空間光変調器（１０）の前記液晶セ
ル（１２）に接続された複数のドライバ／制御回路（５
５）であって、前記位相空間光変調器（１０）の前記液
晶セル（１２）間に電圧を供給することにより、前記発
光素子によって発せられる前記非偏光の位相を変化さ
せ、その結果光の経路方向に変化を発生させる前記ドラ
イバ／制御回路（５５）；から成ることを特徴とする光
電システム。
【請求項５】光電システムであって：複数の発光素子か
ら成る光源（３０）であって、前記発光素子の各々が特
定の位相の非偏光を放出可能な前記光源（３０）；基板
（１６）によって形成され、該基板（１６）内に形成さ
れた制御回路（５５）を含む液晶セル（１２）から成る
液晶位相空間光変調器（１０）であって、前記制御回路
（５５）は、前記基板（１６）の外縁に隣接して制御端
子を含み、前記液晶位相空間光変調器（１０）は、更
に、少なくとも１つの分子整合層（１８）と、前記液晶
セル（１２）の前記制御回路（５５）を形成する導電物
質（１７＆２３）と、液晶物質（２０）の連続層であっ
て、前記液晶位相空間光変調器（１０）に入射した光が
前記液晶物質（２０）を通過するように配置され、電圧
が印加されると、それを通過する光の位相に変化を発生
させる前記液晶物質（２０）の連続層と、前記液晶セル
（１２）に対して整合され配置された反射素子（１４）
であって、前記液晶セル（１２）から射出しそれに入射
する光を反射する前記反射素子（１４）とを含む前記液
晶位相空間光変調器（１０）；光学拡大器（５６）を規
定し、光入力（６２）および光出力（６８）を有する匡
体（４２）であって、前記液晶位相空間光変調器（１
０）および前記光源（３０）が前記匡体（４２）内に取
り付けられ、前記液晶位相空間光変調器（１０）および
前記光源（３０）を封入する前記匡体（４２）；および
複数の光学素子（６１，６２＆６８）から成る光学拡大
系（５６）であって、前記液晶位相空間光変調器（１
０）を通じて放出される光が前記光学拡大系（５６）を
通過するように方向付けられ、それを通過する放出光の
経路の方向に変化を発生させる前記光学拡大系（５
６）；から成ることを特徴とする光電システム。