JPH06250205A - Spatial optical modulator - Google Patents

Spatial optical modulator

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Publication number
JPH06250205A
JPH06250205A JP3308393A JP3308393A JPH06250205A JP H06250205 A JPH06250205 A JP H06250205A JP 3308393 A JP3308393 A JP 3308393A JP 3308393 A JP3308393 A JP 3308393A JP H06250205 A JPH06250205 A JP H06250205A
Authority
JP
Japan
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liquid crystal
light
slm
voltage
glass substrate
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP3308393A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Seiji Fukushima
誠治 福島
Takashi Kurokawa
隆志 黒川
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Filing date
Publication date
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Priority to JP3308393A priority Critical patent/JPH06250205A/en
Publication of JPH06250205A publication Critical patent/JPH06250205A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To provide the spatial optical modulator capable of spatially modulating light in paralle, writing images at an extremely high speed and reading out the images after amplifying the images. CONSTITUTION:This spatial optical modulator is constituted by arranging an optical transmission film 106, a dielectric mirror 105 and a liquid crystal oriented film 104b deposited on a glass substrate 101d having a transparent electrode 103b, arranging a liquid crystal oriented film 104a on another glass substrate 101c having a transparent electrode 103a, disposing both liquid crystal oriented films 104a, 104b opposite to each other and packing a liquid crystal 102 of a twisted chiral smectic C phase therebetween.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は光を空間的に並列に変調
し、極めて高速に画像を書き込んだり、また増幅して読
み出すことができる空間光変調器に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a spatial light modulator capable of spatially modulating light in parallel to write an image at an extremely high speed and amplify and read the image.

【0002】[0002]

【従来の技術】空間光変調素子(以下「SLM」と略
す)の機能は2次元的なパターン(例えば画像)を書き
込み光によってSLMに書き込み、別の光(読み出し
光)によって書き込まれている2次元パターンを読み出
すものである。これによって画像光のしきい値処理、反
転あるいは読み出し光と書き込み光の間のインコヒーレ
ント・コヒーレント変換、波長変換等の処理を行うこと
ができる。
2. Description of the Related Art The function of a spatial light modulator (hereinafter abbreviated as "SLM") is that a two-dimensional pattern (for example, an image) is written on an SLM by writing light and written by another light (reading light). The dimensional pattern is read out. This makes it possible to perform threshold processing of image light, inversion or incoherent / coherent conversion between read light and write light, wavelength conversion, and the like.

【0003】従来のSLMの構造としては、図7を参照
して、例えば液晶ライトバルブについて説明する。図7
は液晶ライトバルブの断面図である。図中、11は電
源、12a,12bはガラス板、13a,13bは透明
電極、14a,14bは配向膜、15は誘電体ミラー、
16は光伝導膜、18は封子剤、19は遮光膜、20は
ツイストネマティック液晶(以下、「TN液晶」と略
す)である。
As a structure of a conventional SLM, for example, a liquid crystal light valve will be described with reference to FIG. Figure 7
FIG. 4 is a cross-sectional view of a liquid crystal light valve. In the figure, 11 is a power source, 12a and 12b are glass plates, 13a and 13b are transparent electrodes, 14a and 14b are alignment films, 15 is a dielectric mirror,
Reference numeral 16 is a photoconductive film, 18 is a sealant, 19 is a light-shielding film, and 20 is a twisted nematic liquid crystal (hereinafter abbreviated as "TN liquid crystal").

【0004】この素子の動作原理は以下の通りである。
動作時には電源11から、透明電極13a,13bによ
り各層に交流電圧が印加されている。すなわち、電流が
透明電極13a、光伝導膜16、遮光膜19、誘電体ミ
ラー15、配向膜14a、TN液晶20、配向膜14
b、透明電極13bの順に流れる。
The operating principle of this element is as follows.
During operation, an AC voltage is applied from the power source 11 to each layer by the transparent electrodes 13a and 13b. That is, the current is transparent electrode 13a, photoconductive film 16, light-shielding film 19, dielectric mirror 15, alignment film 14a, TN liquid crystal 20, alignment film 14.
b, then the transparent electrode 13b.

【0005】また、同時に素子に書き込まれる光パター
ンは図中右側より書き込み光La としてガラス基板12
bを経て光伝導膜16に入射する。さらに、読み出し光
bは、図面左側より入射し、TN液晶20で変調を受
け、誘電体ミラー15で反射し、再度TN液晶20で変
調を受け、左側へ出射する。さて、このとき光伝導膜1
6へ照射された光パターンにより、各点における光強度
に応じて光伝導膜の抵抗値が変化する。
Further, the light pattern simultaneously written in the element is the glass substrate 12 as the writing light L a from the right side in the drawing.
It is incident on the photoconductive film 16 via b. Further, the read light L b enters from the left side of the drawing, is modulated by the TN liquid crystal 20, is reflected by the dielectric mirror 15, is again modulated by the TN liquid crystal 20, and is emitted to the left side. At this time, the photoconductive film 1
The resistance of the photoconductive film changes according to the light intensity at each point depending on the light pattern irradiated on the light.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】ところで、光伝導膜1
6として例えばCdSが知られているが、この材料は光
(特に可視光)が照射されると抵抗値が減少する。この
光による電流の変調、ひいてはTN液晶20への印加電
圧の変化を引き起こし、このため、書き込み光L a の照
射の有無によって、液晶の旋光性が制御できる。反射型
素子で用いられるTN液晶にあっては、電圧が印加され
ていない場合はセル内で45°回転するらせん構造を保
持するが、しきい値を越える電圧が印加された場合は分
子はセル面に垂直に立つ。このため、読み出し光Lb
直線偏光にしておけば、書き込みパターンに応じて読み
出し光Lb の偏光が変調できるわけである。
By the way, the photoconductive film 1 is used.
For example, CdS is known as 6, but this material is
When irradiated with (especially visible light), the resistance value decreases. this
Modulation of current by light, and eventually applied voltage to TN liquid crystal 20.
Causes a change in pressure, which causes the writing light L aIlluminating
The optical rotatory power of the liquid crystal can be controlled by the presence or absence of the irradiation. Reflective
No voltage is applied to the TN liquid crystal used in the device.
If not, keep the spiral structure that rotates 45 ° in the cell.
Hold, but if a voltage exceeding the threshold is applied,
The child stands perpendicular to the cell plane. Therefore, the read light LbTo
If you set it to linearly polarized light, it will read according to the writing pattern.
Light out LbThe polarization of can be modulated.

【0007】しかしながら、この液晶ライトバルブはプ
ロジェクションディスプレイなどで使用されているが、
TN液晶20はスイッチング時間が数十〜数百msと遅
く、動画像には十分に対応しないという欠点があった。
この問題点を改善するため、表面安定化強誘電性液晶
(SSFLCと略す)を用いたSLMが開発されている
が、画像表示品質として重要な階調が十分には表示され
ない、あるいは階調表現のためには駆動がきわめて複雑
になるなどの欠点があった。
However, although this liquid crystal light valve is used in projection displays and the like,
The TN liquid crystal 20 has a drawback that the switching time is as long as several tens to several hundreds ms and it does not sufficiently support moving images.
In order to solve this problem, an SLM using a surface-stabilized ferroelectric liquid crystal (abbreviated as SSFLC) has been developed, but the gradation important for image display quality is not sufficiently displayed, or gradation expression is not performed. However, there was a drawback that the driving became extremely complicated.

【0008】本発明は、このような背景の下になされた
もので、画像等の2次元データを光学的にアナログ変調
(階調変調)しうる高速な空間光変調素子を提供するこ
とを目的とする。
The present invention has been made in view of such a background, and an object thereof is to provide a high-speed spatial light modulator capable of optically analog-modulating (gradation-modulating) two-dimensional data such as an image. And

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】前記目的を達成する本発
明に係る空間光変調器の構成は、透明電極を有する一方
のガラス基板上に堆積した光伝導膜、誘電体ミラー及び
液晶配向膜を配置し、透明電極を有する他方のガラス基
板上に液晶配向膜を配置すると共に、上記両液晶配向膜
を対向させ、その間隙にツイスト・カイラル・スメクテ
ィックC相の液晶を充填してなることを特徴とする。
The structure of the spatial light modulator according to the present invention to achieve the above-mentioned object is a photoconductive film, a dielectric mirror and a liquid crystal alignment film deposited on one glass substrate having a transparent electrode. A liquid crystal alignment film is arranged on the other glass substrate having a transparent electrode, the liquid crystal alignment films are opposed to each other, and the gap between them is filled with a liquid crystal of twisted chiral smectic C phase. And

【0010】また、前記構成において、前記ツイスト・
カイラル・スメクティックC相の液晶のツイスト角が4
5°もしくは90°であることを特徴とする。
Further, in the above configuration, the twist
Chiral smectic C phase liquid crystal twist angle is 4
It is characterized in that it is 5 ° or 90 °.

【0011】[0011]

【作用】カイラル・スメクティックC相の液晶分子はも
ともと自然にらせんを描くように配置しているが、従来
においては、この液晶は分子を数ミクロンの狭い間隙に
押し込むことによりらせん構造をほどいた「表面安定化
強誘電性液晶」として用いられている。この表面安定化
強誘電性液晶は、人為的に分子の配置を決定すること
と、それにより明暗の2安定状態とメモリー性を呈示す
ることを特徴とした。そのため中間調を含む階調画像の
再生は大変難しいものであった。一方、本発明で使用す
るカイラル・スメクティックC相の液晶は間隙中である
にもかかわらず材料固有のらせんピッチに合わせた配向
処理を行うため、中間状態もとりうる。すなわち、本発
明のごとく空間光変調器に応用した場合、容易にアナロ
グ変調が可能になる。
Function: The liquid crystal molecules of the chiral smectic C phase are originally arranged so as to naturally draw a spiral, but in the past, this liquid crystal unwound the spiral structure by pushing the molecules into a narrow gap of several microns. It is used as "surface-stabilized ferroelectric liquid crystal". This surface-stabilized ferroelectric liquid crystal is characterized by artificially deciding the arrangement of molecules, and thereby exhibiting a bright and dark bistable state and a memory property. Therefore, it is very difficult to reproduce a gradation image including a halftone. On the other hand, the liquid crystal of the chiral smectic C phase used in the present invention undergoes the alignment treatment according to the helical pitch peculiar to the material even though it is in the gap, so that it can be in an intermediate state. That is, when applied to a spatial light modulator as in the present invention, analog modulation can be easily performed.

【0012】[0012]

【実施例】以下、図面を参照して、本発明の実施例を説
明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0013】図1は本発明の実施例を示す構成図であ
る。同図中、1は空間光変調器(SLM)、2はSLM
への書き込み光源として作用する白色の書き込み光源、
3はSLMへの書き込みパターンとなる画像(マス
ク)、4はSLMの読み出し光源としてさようする読み
出しレーザ光源、5はレーザ光源4からの光源をSLM
の開口まで拡大する拡大用コリメータ、6aは読み出し
レーザ光を直線偏光にする偏光子、7はSLMから反射
してきた読み出し光を直交ニコルにするための検光子、
8は読み出し光の入射と出射を分離する半透鏡(ハーフ
ミラー)、9はSLM1とスクリーン10とを結像する
レンズ、10は読み出し像を投影するスクリーン、11
はSLMの駆動電源、12はシャッタを各々図示する。
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the present invention. In the figure, 1 is a spatial light modulator (SLM), 2 is an SLM
White writing light source, which acts as a writing light source to
Reference numeral 3 is an image (mask) which is a writing pattern to the SLM, 4 is a read laser light source which functions as a read light source of the SLM, and 5 is a light source from the laser light source 4.
A magnifying collimator that expands to the aperture of 6a, a polarizer that linearly polarizes the read laser light, and an analyzer 7 that makes the read light reflected from the SLM into orthogonal Nicols,
Reference numeral 8 is a semi-transparent mirror (half mirror) that separates the incident and the emission of the readout light, 9 is a lens that forms an image between the SLM 1 and the screen 10, and 10 is a screen that projects the readout image.
Is a drive power source for the SLM, and 12 is a shutter.

【0014】次に、図2によりツイスト・カイラル・ス
メクティックC相(以下「TCC」と略す)の液晶の動
作原理を説明する。図2(a)は電圧が印加されていな
い(電圧オフ)ときの分子の配向状態、(b)は電圧が
印加された(電圧オン)ときの分子の配向状態を各々示
す。図の101a,101bがガラス基板、102aは
ツイスト・カイラル・スメクティックC相の液晶(以下
「TCC液晶」と略す)の分子、120はミラーであ
る。ガラス基板101a,101bに表示された矢印は
ラビングなどによる配向方向である。なお2枚のガラス
基板101a,101bには、それぞれ内側面に透明電
極が蒸着されているが図では示していない。読み出し光
b は、上面のガラス基板101aから入射し、下面の
ミラー120で反射され、再び上面から出射する。
Next, the operation principle of the liquid crystal of the twisted chiral smectic C phase (hereinafter abbreviated as "TCC") will be described with reference to FIG. FIG. 2A shows the orientation state of molecules when a voltage is not applied (voltage off), and FIG. 2B shows the orientation state of molecules when a voltage is applied (voltage on). In the figure, 101a and 101b are glass substrates, 102a is a molecule of twisted chiral smectic C phase liquid crystal (hereinafter abbreviated as "TCC liquid crystal"), and 120 is a mirror. The arrows shown on the glass substrates 101a and 101b are the orientation directions by rubbing or the like. Although transparent electrodes are vapor-deposited on the inner surface of each of the two glass substrates 101a and 101b, they are not shown in the figure. The reading light L b enters from the glass substrate 101a on the upper surface, is reflected by the mirror 120 on the lower surface, and exits from the upper surface again.

【0015】図2を用いて、配向方向と読み出し光の偏
光の関係を述べる。配向方向は上面の配向を基準とし
て、下面では45°ずらして配向させる。図2(a)に
示す如く、電圧を印加しない場合、TCC液晶分子10
2aの配向は、図中上から下に向かって、ガラス基板に
施された配向方向に併せてらせん状に並ぶ。このらせん
のピッチは、用いるTCC液晶分子102aのピッチと
合わせるため、セルの厚さがピッチの1/4程度になる
ようにする。さらに液晶のチルト角は22.5°程度の
ものが良い。入射光の偏光を上面の配向に合わせておけ
ば、液晶の旋光作用により往復2回通過する間に、出射
光の偏光は、丁度90°ずれた直線偏光となる。
The relationship between the orientation direction and the polarization of the readout light will be described with reference to FIG. With respect to the orientation direction, the orientation of the upper surface is used as a reference, and the orientation of the lower surface is shifted by 45 °. As shown in FIG. 2A, when no voltage is applied, the TCC liquid crystal molecules 10
The orientations of 2a are arranged in a spiral shape from the top to the bottom in the figure along with the orientation direction applied to the glass substrate. Since the pitch of this spiral is matched with the pitch of the TCC liquid crystal molecules 102a used, the thickness of the cell is set to about 1/4 of the pitch. Further, the tilt angle of the liquid crystal is preferably about 22.5 °. If the polarization of the incident light is matched with the orientation of the upper surface, the polarization of the emitted light becomes a linearly polarized light that is exactly 90 ° apart while passing through the reciprocating twice by the optical rotation of the liquid crystal.

【0016】一方、図2(b)に示す如く基板間に電圧
を印加しておけば、TCC液晶分子102aの短縮と平
行に成分がある自発分極と電界との相互作用によりTC
C液晶分子102aはすべて、上面の配向方向に揃う。
ただし、基板下部のわずかな領域では配向のアンカリン
グ・エネルギーに拘束されスイッチしない。この状態で
は入射光は液晶を通過しても偏光は変わらない。従っ
て、この構造の液晶セルによれば、分子の旋光性によ
り、印加電圧の制御で読み出し光Lb の偏光を自由に変
調することができる。さらにこの読み出し出射光を検光
子を通して観察すれば、強度変調がかけられる。
On the other hand, if a voltage is applied between the substrates as shown in FIG. 2 (b), TC is caused by the interaction between the spontaneous polarization having a component parallel to the shortening of the TCC liquid crystal molecule 102a and the electric field.
All the C liquid crystal molecules 102a are aligned in the alignment direction on the upper surface.
However, in a small area under the substrate, the anchoring energy of the orientation restrains the switching. In this state, the polarization of the incident light does not change even if it passes through the liquid crystal. Therefore, according to the liquid crystal cell having this structure, the polarization of the read light L b can be freely modulated by controlling the applied voltage due to the optical activity of the molecule. Further, when this read out emitted light is observed through an analyzer, intensity modulation is applied.

【0017】偏光子と検光子を用いた光学系による、印
加電圧と読み出し光の明暗の関係を下記「表1」に示
す。
The following Table 1 shows the relationship between the applied voltage and the brightness of the read light in the optical system using the polarizer and the analyzer.

【0018】[0018]

【表1】 [Table 1]

【0019】上覧より順に、状態名、電圧、液晶の配向
状態、読み出し光学系のクロスニコルおよび平行ニコル
配置時の明暗を示した。この「表1」によれば、負電圧
印加時(ア)の状態では、液晶分子は自発分極と電界と
の相互作用により、すべて同一の方向へ配向し、通過す
る光の偏光を変化させない。すなわち、このときクロス
ニコル配置では暗く、平行ニコル配置では明るい。電圧
を印加しないとき(イ)の状態では、液晶分子は配向処
理に従って基板間で回転しながら配向する。この状態で
は分子は旋光性をもつため、クロスニコルでは明るく、
平行ニコルでは暗い。正電圧印加時(ウ)の状態では、
(ア)とは異なる角度だが、すべての分子は同一方向に
配向する。すなわち、クロスニコルでは暗く、平行ニコ
ルでは明るい。
In order from the above list, the state name, voltage, alignment state of liquid crystal, and light and dark in the crossed Nicols and parallel Nicols arrangement of the reading optical system are shown. According to this "Table 1", in the state of applying a negative voltage (a), the liquid crystal molecules are all aligned in the same direction due to the interaction between the spontaneous polarization and the electric field, and the polarization of the passing light is not changed. That is, at this time, the crossed Nicols arrangement is dark and the parallel Nicols arrangement is bright. In the state (a) when no voltage is applied, the liquid crystal molecules are aligned while rotating between the substrates according to the alignment treatment. In this state, the molecule has optical rotatory power, so bright in crossed Nicols,
It is dark in parallel Nicols. When positive voltage is applied (c),
Although different from (a), all molecules are oriented in the same direction. That is, it is dark in crossed Nicols and bright in parallel Nicols.

【0020】本実施例はこのTCC液晶を用いた空間光
変調器であり、その構造を図3に示す。図3(a)は上
面図、(b)は(a)に示されたB−B′における断面
図である。図中、101c,101dは石英のガラス基
板、103a〜103cはインジウム錫の酸化物(IT
O)からなる透明電極、104a,104bはポリイミ
ドの配向膜、105はTiO2 とSiO2 の交互膜で構
成された誘電体ミラー、106は水素化アモルファス・
シリコン光伝導膜、107は銀ペースト、108aはエ
ポキシの封止材、109a,109bはリード電極、1
10a,110bはセラミックス・スペーサを各々図示
する。
The present embodiment is a spatial light modulator using this TCC liquid crystal, and its structure is shown in FIG. 3A is a top view, and FIG. 3B is a sectional view taken along line BB ′ shown in FIG. In the figure, 101c and 101d are quartz glass substrates, and 103a to 103c are indium tin oxides (IT
O) a transparent electrode, 104a and 104b are polyimide alignment films, 105 is a dielectric mirror composed of alternating films of TiO 2 and SiO 2 , and 106 is a hydrogenated amorphous film.
Silicon photoconductive film, 107 is silver paste, 108a is epoxy sealing material, 109a and 109b are lead electrodes, 1
Reference numerals 10a and 110b respectively denote ceramic spacers.

【0021】SLMの詳細な構造は次の通りである。The detailed structure of the SLM is as follows.

【0022】書き込み側については、ガラス基板101
d上にインジウム錫酸化物(ITO)スパッタ蒸着膜に
よる透明電極103b,103c、プラズマCVD法で
体積させた非ドープ水素化アモルファスシリコンの光伝
導膜106a、TiO2 ,SiO2 の交互体積による誘
電体ミラー105を順に堆積させ、ポリイミド配向膜1
04bをスピンコートした。配向膜104bはラビング
により配向処理した。
On the writing side, the glass substrate 101
Transparent electrodes 103b and 103c made of indium tin oxide (ITO) sputter-deposited film on d, photoconductive film 106a of undoped hydrogenated amorphous silicon made by plasma CVD method, and a dielectric made of alternating volumes of TiO 2 and SiO 2. The mirror 105 is deposited in order, and the polyimide alignment film 1
04b was spin coated. The alignment film 104b was subjected to alignment treatment by rubbing.

【0023】一方、読み出し側については、透明電極1
03aを堆積させ、配向膜104aをスピンコートし
た。配向膜104aもラビングによる配向処理を行った
が、その角度は配向膜104b側とは45°ずらした。
このあと、ガラス基板101a,101b間の間隙を保
持するために配向膜104a,104b上に2枚のセラ
ミック球のスペーサ110a,110bを散布した。透
明電極103a〜103cを配線するための銀ペースト
107を印刷したのちにガラス基板101c,101d
をはりあわせた。基板間隙にTCC液晶102を封入し
た後、素子の劣化を防ぐために封止剤108による密封
処理を行った。
On the other hand, on the read side, the transparent electrode 1
03a was deposited and the alignment film 104a was spin-coated. The alignment film 104a was also subjected to the alignment treatment by rubbing, but the angle was shifted by 45 ° from the alignment film 104b side.
After that, two ceramic sphere spacers 110a and 110b were scattered on the alignment films 104a and 104b in order to maintain the gap between the glass substrates 101a and 101b. After printing the silver paste 107 for wiring the transparent electrodes 103a to 103c, the glass substrates 101c and 101d are printed.
We put together. After the TCC liquid crystal 102 was sealed in the gap between the substrates, a sealing treatment with a sealant 108 was performed to prevent deterioration of the device.

【0024】さて、上記の各薄膜には、光学的な条件と
電気的な条件がともに満たされなければならない。TC
C液晶102はチルト角が22.5度に近いもので、そ
の厚さdは材料固有のピッチの1/4であることが望ま
しい。また、電気的な要請からは液晶材料の選択によ
り、薄い方がスイッチングしやすい。
Now, each of the above-mentioned thin films must satisfy both optical and electrical conditions. TC
The C liquid crystal 102 has a tilt angle close to 22.5 degrees, and its thickness d is preferably 1/4 of the pitch peculiar to the material. In addition, from the electrical requirements, the thinner the layer, the easier the switching, depending on the selection of the liquid crystal material.

【0025】書き込み側の感光層としては整流性のない
アモルファスシリコンが応答速度や、製造方法の簡便さ
の点から望ましい。その厚さは電気的な容量の整合性か
ら2から7μmの間が適当かつ、実用的である。誘電体
ミラー105aには光学長n・dが読み出し光の(1/
4)波長となる厚さを持つTiO2 ,SiO2 を交互に
合計14層積層して反射率99%のミラーを得た。
Amorphous silicon having no rectifying property is desirable as the photosensitive layer on the writing side from the viewpoint of response speed and simplicity of manufacturing method. It is appropriate and practical to have a thickness of 2 to 7 μm in view of the matching of electric capacity. The optical length n · d of the dielectric mirror 105a is (1 /
4) to obtain a TiO 2, an SiO 2 with a total of 14 layers alternately stacked reflectivity of 99% of the mirror with a thickness of the wavelength.

【0026】以上の如く製作したSLMによって、図1
の構成により画像を書き込み、また増幅して読み出すこ
とが可能になるが、以下にその駆動方法を述べる。
With the SLM manufactured as described above, FIG.
With the configuration described above, an image can be written, amplified, and read out. The driving method will be described below.

【0027】図4はSLMに印加するパルスを示す図で
ある。上から順に、(a)印加電圧、(b)書き込み光
強度、(c)入射側の読み出し光強度、(d)出射側の
読み出し光強度を示す。前述したようにTCC液晶で
は、読み出し光の強度は印加電圧の正負ではなく、電圧
の大きさによって決まるため、SLMには図4(a)の
ような正負交互にスイッチングするパルスを印加する。
交互に異なる極性の電圧を印加することにより、液晶へ
の平均電圧を0とし、液晶の劣化を防止することができ
る。書き込み光強度図(b)はその一例として、最初の
2パルスに対しては暗く、あとの2パルスに対しては明
るいことを示した。
FIG. 4 is a diagram showing pulses applied to the SLM. In order from the top, (a) applied voltage, (b) writing light intensity, (c) incident side reading light intensity, and (d) emitting side reading light intensity are shown. As described above, in the TCC liquid crystal, the intensity of the read light is determined not by the positive or negative of the applied voltage but by the magnitude of the voltage. Therefore, the SLM is applied with pulses for switching between positive and negative as shown in FIG.
By applying voltages of different polarities alternately, the average voltage to the liquid crystal can be set to 0, and the deterioration of the liquid crystal can be prevented. As an example, the writing light intensity diagram (b) shows that the first two pulses are dark and the second two pulses are bright.

【0028】さて、図1において、読み出し光Lb はレ
ーザ光源4の後に配置されたシャッター12により、印
加電圧に同期させて読み出し時のみSLM1へ入射す
る。これによりコントラストが高めることができる。本
実施例では、シャッター12としては音響光学変調器を
使用したが、他に電機光学変調器や液晶シャッターなど
が使用できる。図4(d)はこれらの条件下で、また平
行ニコル配置で、SLM1を動作させたときの出射側読
み出し光強度を示す図である。
Now, in FIG. 1, the reading light L b is incident on the SLM 1 only at the time of reading in synchronization with the applied voltage by the shutter 12 arranged after the laser light source 4. This can increase the contrast. Although an acousto-optic modulator is used as the shutter 12 in this embodiment, an electro-optic modulator, a liquid crystal shutter, or the like may be used instead. FIG. 4D is a diagram showing the emission-side readout light intensity when the SLM 1 is operated under these conditions and in the parallel Nicol arrangement.

【0029】次に、SLMに印加された4つのパルスに
対応して、動作状態を説明する。
Next, the operating state will be described in correspondence with the four pulses applied to the SLM.

【0030】第1の正パルスが印加されたとき、書き込
み光La は照射されない。このとき、印加電圧はSLM
1内で主に光伝導膜106、誘電体ミラー105a、T
CC液晶102に分圧される。ところが、光伝導膜10
6には書き込み光La が照射されていないため、液晶層
にはスイッチングを引き起こすに十分な電圧は印加され
ない。すなわち、TCC液晶分子102はツイスト状態
を保ち、読み出し光L b は出射側へは出力されない。
Write when the first positive pulse is applied
Miko LaIs not irradiated. At this time, the applied voltage is SLM
In FIG. 1, mainly the photoconductive film 106, the dielectric mirror 105a, T
The voltage is divided by the CC liquid crystal 102. However, the photoconductive film 10
Write light L on 6aIs not irradiated, the liquid crystal layer
Sufficient voltage to cause switching
Absent. That is, the TCC liquid crystal molecules 102 are in a twisted state.
And read light L bIs not output to the output side.

【0031】第2パルスにおいても、極性は第1パルス
と反対であるが、スイッチングはおきず、読み出し光L
b は出力されない。
The polarity of the second pulse is also opposite to that of the first pulse, but switching does not occur and the read light L
b is not output.

【0032】一方、第3パルス印加時のように、書き込
み光La がSLM1に照射されておれば、光導電効果に
より光伝導膜の抵抗は小さく、印加電圧の大半は液晶層
に印加されるようになる。このとき、読み出し光は明る
く出力される。
On the other hand, when the writing light L a is applied to the SLM 1 as in the case of applying the third pulse, the resistance of the photoconductive film is small due to the photoconductive effect, and most of the applied voltage is applied to the liquid crystal layer. Like At this time, the read light is output brightly.

【0033】第4パルスにおいても、同様の結果が得ら
れる。
Similar results are obtained with the fourth pulse.

【0034】実際に、有効面約1cm2 の作成したSLM
1について、書き込み光源2に白色のハロゲンランプ
(15w)を、読み出しレーザ光源4としてヘリウムネ
オンレーザー(波長633μm、出力20mw)を各々
用い、画像の書き込みと読み出しを確認した。
Actually, the prepared SLM having an effective surface of about 1 cm 2
Regarding No. 1, a white halogen lamp (15w) was used as the writing light source 2 and a helium neon laser (wavelength 633 μm, output 20 mw) was used as the reading laser light source 4, and writing and reading of images were confirmed.

【0035】本実施例では、書き込み光La は画像パタ
ーンを記録したマスク3へ照射され、その透過光がSL
M1の書き込み側(光伝導膜面)へ入射するようにし
た。マスク3とSLM1は密着して配置することで、特
に結像光学系を用い無くともぼけないようにした。ま
た、読み出しレーザ光源4から出射された読み出し光L
b はシャッター12を通り、拡大用コリメータ5で平行
光となる。読み出しの偏光は平行ニコルとなるように、
偏光子6と検光子7とはともに水平偏光となるように配
置した。偏光子6を通過した読み出し入射光は半透鏡
(ハーフミラー)8を通過しSLM1aの読み出し側
(TCC液晶面)へと入射する。一方、SLM1で反射
された読み出し出射光は、半透鏡8で反射され検光子7
を通過する。レンズ9はSLM1とスクリーン10が互
いに結像するように配置した。
In this embodiment, the writing light L a is applied to the mask 3 on which the image pattern is recorded, and the transmitted light is SL.
The light was incident on the writing side (photoconductive film surface) of M1. By disposing the mask 3 and the SLM 1 in close contact with each other, it is possible to prevent blurring without using an imaging optical system. Further, the reading light L emitted from the reading laser light source 4
The beam b passes through the shutter 12 and is collimated by the magnifying collimator 5. The polarization of the readout is parallel Nicol,
Both the polarizer 6 and the analyzer 7 are arranged so as to be horizontally polarized. The readout incident light that has passed through the polarizer 6 passes through a semitransparent mirror (half mirror) 8 and is incident on the readout side (TCC liquid crystal surface) of the SLM 1a. On the other hand, the readout outgoing light reflected by the SLM 1 is reflected by the semi-transparent mirror 8 and then the analyzer 7
Pass through. The lens 9 is arranged so that the SLM 1 and the screen 10 image each other.

【0036】SLM1aへ電圧パルス(電圧VSLM =±
10V、オン時間500μs、オフ時間500μs)を
印加したところ、コントラスト50:1、分解能50本
/mmで読み出すことができた。
Voltage pulse (voltage V SLM = ±
When 10 V, ON time 500 μs, OFF time 500 μs) were applied, it was possible to read with a contrast of 50: 1 and a resolution of 50 lines / mm.

【0037】このときの書き込み光強度と読み出し光強
度の関係は図5(a)に示した通り、書き込み光強度の
増加につれて読み出し光強度も単調に増加した。また検
光子7を90度回転し直交ニコル配置にすると、特性は
図5(b)のように読み出し光強度は単調に減少し、読
み出しパターンはネガ・パターンとなった。なお、コン
トラストは低下するがシャッターを取り除き簡略化した
装置でも、同様に光パターンは書き込み、読み出すこと
ができた。さらには、印加パルスを単純な方形波や正弦
波としても動作は確認された。
The relationship between the writing light intensity and the reading light intensity at this time was as shown in FIG. 5A, and the reading light intensity also monotonically increased as the writing light intensity increased. Further, when the analyzer 7 was rotated 90 degrees and arranged in the orthogonal Nicol arrangement, the read light intensity monotonically decreased as shown in FIG. 5B, and the read pattern became a negative pattern. It should be noted that although the contrast is lowered, the light pattern can be written and read in the same manner even in a device in which the shutter is simplified and removed. Furthermore, the operation was confirmed even when the applied pulse was a simple square wave or sine wave.

【0038】上述した実施例に加え、ツイスト角を90
度に変更し、誘電体ミラーを省略した透過型の素子(S
LM)も製作した。SLMの構造図は省略するが、TC
C液晶102の状態の振る舞いを図6により説明する。
In addition to the above embodiment, the twist angle is set to 90.
The transmission type element (S
LM) was also produced. Although the structural diagram of the SLM is omitted, TC
The behavior of the state of the C liquid crystal 102 will be described with reference to FIG.

【0039】図6(a)は電圧が印加されていないとき
の分子の配向状態、図6(b)は電圧が印加されたとき
の分子の配向状態を各々示す。尚、同図中6は偏光子、
7は検光子、101e,101fはガラス基板、102
bはTCC液晶分子である。ガラス基板101e,10
1fに表示された矢印はラビングなどによる配向方向で
ある。なお2枚のガラス基板には、それぞれ内側面に透
明電極が蒸着されているが図では示していない。
FIG. 6A shows the orientation state of molecules when no voltage is applied, and FIG. 6B shows the orientation state of molecules when voltage is applied. In the figure, 6 is a polarizer,
7 is an analyzer, 101e and 101f are glass substrates, 102
b is a TCC liquid crystal molecule. Glass substrate 101e, 10
The arrow shown in 1f is the alignment direction by rubbing or the like. Although transparent electrodes are vapor-deposited on the inner surfaces of the two glass substrates, they are not shown in the figure.

【0040】読み出し光Lb は下面のガラス基板101
fから入射し、上面のガラス基板101eへ出射する。
TCC液晶分子102bのらせんのピッチは、反射型の
ときと同様にセルの厚さがピッチの1/4程度になるよ
うにする。また、液晶のチルト角は透過型では45°程
度のものが良い。
The reading light L b is emitted from the glass substrate 101 on the lower surface.
The light enters from f and is emitted to the glass substrate 101e on the upper surface.
The helical pitch of the TCC liquid crystal molecules 102b is set so that the cell thickness is about ¼ of the pitch, as in the case of the reflection type. Also, the tilt angle of the liquid crystal is preferably about 45 ° for the transmissive type.

【0041】図6(a)では電圧が印加されておらず、
液晶は配向処理にしたがってらせん上に配向する。この
とき直線偏光の読み出し光は旋光性を持っているため、
この図のように直交ニコルの場合は読み出し光Lb は検
光子7を抜けていく。一方、電圧が印加された場合(図
6(b))は、TCC液晶分子102はすべて同一方向
に揃うので、読み出し光Lb は出力されない。
In FIG. 6A, no voltage is applied,
The liquid crystal is aligned on the helix according to the alignment treatment. At this time, since the linearly polarized readout light has optical rotatory power,
In the case of the orthogonal Nicols as shown in this figure, the readout light L b passes through the analyzer 7. On the other hand, when a voltage is applied (FIG. 6B), the TCC liquid crystal molecules 102 are all aligned in the same direction, so that the read light L b is not output.

【0042】この構成のSLM1bによれば、書き込み
を白色光で行い、読み出しを赤外光として動作させるこ
とが可能であった。この場合も画像の書き込み、読み出
しは予定したとおり行われ、良好な画像を得ることがで
きた。
According to the SLM 1b having this structure, it was possible to perform writing with white light and read with infrared light. Also in this case, writing and reading of images were performed as planned, and good images could be obtained.

【0043】[0043]

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明の
空間光変調器によれば高速に、階調のある画像パターン
の増幅や反転を行うことができる。本発明は投射形ディ
スプレイとしてHDTVの高分解能表示装置や、画像計
測、光コンピューティングなどの分野で広く応用するこ
とができる。
As is apparent from the above description, according to the spatial light modulator of the present invention, it is possible to rapidly amplify or invert an image pattern having gradation. INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be widely applied as a projection type display in a high-resolution display device of HDTV, image measurement, optical computing and the like.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明における実施例を示す概略図である。FIG. 1 is a schematic view showing an embodiment of the present invention.

【図2】反射型セル内のTCC液晶分子の液晶の動作を
示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing an operation of liquid crystals of TCC liquid crystal molecules in a reflective cell.

【図3】実施例における空間光変調器SLMの構造図
(a:上面図、b:断面図)である。
FIG. 3 is a structural diagram (a: top view, b: sectional view) of a spatial light modulator SLM in an example.

【図4】SLMに印加するパルス形状を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a pulse shape applied to an SLM.

【図5】SLMの書き込み・読み出し特性を示す図であ
る。
FIG. 5 is a diagram showing write / read characteristics of an SLM.

【図6】透過型セル内のTCC液晶分子の液晶の動作を
示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing an operation of liquid crystals of TCC liquid crystal molecules in a transmission cell.

【図7】従来技術に係る液晶ライトバルブの断面図であ
る。
FIG. 7 is a cross-sectional view of a conventional liquid crystal light valve.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 空間光変調器(SLM) 2 書き込み光源 3 画像(マスク) 4 読み出しレーザ光源 5 拡大用コリメータ 6 偏光子 7 検光子 8 半透鏡(ハーフミラー) 9 レンズ 10 スクリーン 11 駆動電源 12 シャッター 101a〜101f ガラス基板 102 スメクティックC液晶(TCC液晶) 102a,102b TCC液晶分子 103a〜103c 透明電極 104a,104b 配向膜 105 誘電体ミラー 106 光伝導膜 107 銀ペースト 108 封止剤 109a,109b リード電極 110 スペーサ 1 Spatial light modulator (SLM) 2 Writing light source 3 Image (mask) 4 Reading laser light source 5 Magnifying collimator 6 Polarizer 7 Analyzer 8 Semi-transparent mirror (half mirror) 9 Lens 10 Screen 11 Driving power supply 12 Shutters 101a to 101f Glass Substrate 102 Smectic C liquid crystal (TCC liquid crystal) 102a, 102b TCC liquid crystal molecule 103a to 103c Transparent electrodes 104a, 104b Alignment film 105 Dielectric mirror 106 Photoconductive film 107 Silver paste 108 Sealant 109a, 109b Lead electrode 110 Spacer

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 透明電極を有する一方のガラス基板上に
堆積した光伝導膜、誘電体ミラー及び液晶配向膜を配置
し、透明電極を有する他方のガラス基板上に液晶配向膜
を配置すると共に、上記両液晶配向膜を対向させ、その
間隙にツイスト・カイラル・スメクティックC相の液晶
を充填してなることを特徴とする空間光変調器。
1. A photoconductive film, a dielectric mirror, and a liquid crystal alignment film deposited on one glass substrate having a transparent electrode, and a liquid crystal alignment film disposed on the other glass substrate having a transparent electrode, A spatial light modulator characterized in that the liquid crystal alignment films are opposed to each other, and a gap between them is filled with a liquid crystal of twisted chiral smectic C phase.
【請求項2】 請求項1において、前記ツイスト・カイ
ラル・スメクティックC相の液晶ツイスト角が45°も
しくは90°であることを特徴とする空間光変調器。
2. The spatial light modulator according to claim 1, wherein the liquid crystal twist angle of the twist chiral smectic C phase is 45 ° or 90 °.
JP3308393A 1993-02-23 1993-02-23 Spatial optical modulator Withdrawn JPH06250205A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008083381A (en) * 2006-09-27 2008-04-10 Fuji Xerox Co Ltd Image display medium and manufacturing method therefor

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