JP2020079831A - Phase modulation device and phase modulation method - Google Patents

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Abstract

To provide a phase modulation device and a phase modulation method for suppressing occurrence of a failure related to a liquid crystal element cased by unnecessary DC components.SOLUTION: A phase modulation device 1 includes: a liquid crystal element 5; a signal analysis unit 4; and a control unit 3. The liquid crystal element 5 has: a pixel region 21; and a light reception unit 6. A plurality of pixel electrodes 24 are disposed in the pixel region 21, and different drive voltages DVs are applied to the plurality of pixel electrodes 24 such that emitted light SL is phase-modulated, and that a wavefront WF of the light SL is changed. The light reception unit 6 receives leaked light of the light SL phase-modulated by the pixel region 21, and generates a received light signal LRS. The signal analysis unit 4 analyzes the received light signal LRS in a predetermined frequency. The control unit 3 controls the liquid crystal element 5 on the basis of an analysis result by the signal analysis unit 4.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、液晶素子を用いた位相変調装置及び位相変調方法に関する。   The present invention relates to a phase modulation device and a phase modulation method using a liquid crystal element.

近年、光通信分野では激増する情報量に対応するため、環状に形成された光ネットワークシステム、及び、光波長多重通信システムが提唱されている。これら光通信システムにおける光信号の分岐または挿入を、電気信号への変換を中継することなく実行できるROADM(Reconfigurable Optical And Drop Multiplexer)装置が用いられている。   In recent years, in order to cope with a rapidly increasing amount of information in the optical communication field, a ring-shaped optical network system and an optical wavelength division multiplexing communication system have been proposed. ROADM (Reconfigurable Optical And Drop Multiplexer) devices that can perform branching or addition of optical signals in these optical communication systems without relaying conversion to electrical signals are used.

ROADM装置における光スイッチング装置として、WSS(Wavelength Selective Switch)装置が用いられる。WSS装置における光スイッチング素子として、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)ミラー、及び、例えばLCOS(Liquid Crystal on Silicon)素子等の反射型の液晶素子が用いられる。   A WSS (Wavelength Selective Switch) device is used as an optical switching device in the ROADM device. As an optical switching element in the WSS device, a MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) mirror and a reflective liquid crystal element such as an LCOS (Liquid Crystal on Silicon) element are used.

LCOS素子は、複数の反射型の画素電極が水平方向、及び、垂直方向に配置されている画素領域を有する反射型の液晶素子である。各画素電極上の液晶の屈折率は、液晶に印加される電圧を画素電極ごとに制御することにより変化する。信号光の位相速度は、各画素上の液晶の屈折率を変化させることにより、画素ごとに制御される。   The LCOS element is a reflective liquid crystal element having a pixel region in which a plurality of reflective pixel electrodes are arranged in a horizontal direction and a vertical direction. The refractive index of the liquid crystal on each pixel electrode changes by controlling the voltage applied to the liquid crystal for each pixel electrode. The phase velocity of the signal light is controlled for each pixel by changing the refractive index of the liquid crystal on each pixel.

LCOS素子は、位相速度を画素ごとに段階的に変化させることにより、信号光の波面を変化(傾斜)させることができる。LCOS素子は、信号光の波面の傾斜角を位相速度の変化の割合に応じて制御することができる。即ち、LCOS素子は、画素ごとに位相速度を変化させて信号光を所定の方向に反射する位相変調素子として機能する。   The LCOS element can change (tilt) the wavefront of the signal light by gradually changing the phase velocity for each pixel. The LCOS element can control the tilt angle of the wavefront of the signal light according to the rate of change of the phase velocity. That is, the LCOS element functions as a phase modulation element that changes the phase velocity for each pixel and reflects the signal light in a predetermined direction.

MEMSミラーは信号光の波長帯の数に対応してミラーが必要になる。そのため、信号光の波長帯またはその数を変更する場合、変更内容に対応させてMEMSミラーを新たに作製しなければならない。   The MEMS mirror requires mirrors corresponding to the number of wavelength bands of signal light. Therefore, when changing the wavelength band of signal light or the number thereof, it is necessary to newly manufacture the MEMS mirror in accordance with the changed contents.

それに対して、LCOS素子は画素領域を複数の画素ブロックに任意に分割し、画素ブロックごとに制御することができる。そのため、信号光の波長帯またはその数を変更する場合、変更内容に対応させて画素ブロックを再構成することができるので、液晶素子を新たに作製する必要がない。即ち、LCOS素子は、MEMSミラーよりも可変グリッド性に優れている。特許文献1には、LCOS素子を用いた位相変調装置の一例が記載されている。   On the other hand, the LCOS element can arbitrarily divide the pixel region into a plurality of pixel blocks and control each pixel block. Therefore, when the wavelength band of signal light or the number thereof is changed, the pixel block can be reconfigured in accordance with the changed contents, and it is not necessary to newly manufacture a liquid crystal element. That is, the LCOS element is superior to the MEMS mirror in the variable grid property. Patent Document 1 describes an example of a phase modulation device using an LCOS element.

特開2016−143037号公報JP, 2016-143037, A

LCOS素子等の液晶素子を用いた位相変調装置では、液晶素子が高温状態になったり時間が経過したりした場合に、画素電極と対向電極との間に印加される駆動電圧にDC成分が加算されることにより、フリッカまたは焼き付き等の液晶素子に関する不具合が発生する場合がある。   In a phase modulation device using a liquid crystal element such as an LCOS element, a DC component is added to a drive voltage applied between a pixel electrode and a counter electrode when the liquid crystal element becomes in a high temperature state or time elapses. As a result, defects such as flicker or image sticking may occur in the liquid crystal element.

液晶素子では、高温下または高湿度の環境における保管または使用、または液晶素子自体の温度変化等により、画素電極と対向電極の間に印加される駆動電圧にDC成分が加算されることがある。これは、フリッカまたは焼き付き等の表示上の不具合を発生させる要因となる。LCOS素子等の液晶素子を用いた位相変調装置においても、フリッカまたは焼き付きは、信号のノイズ増大またはファイバポート間のクロストーク等の不具合となる。   In the liquid crystal element, a DC component may be added to the drive voltage applied between the pixel electrode and the counter electrode due to storage or use in a high temperature or high humidity environment, temperature change of the liquid crystal element itself, or the like. This causes a display defect such as flicker or burn-in. Even in a phase modulation device using a liquid crystal element such as an LCOS element, flicker or burn-in causes a problem such as an increase in signal noise or crosstalk between fiber ports.

本発明は、不要なDC成分に起因する液晶素子に関する不具合の発生を抑制することができる位相変調装置及び位相変調方法を提供することを目的とする。   It is an object of the present invention to provide a phase modulation device and a phase modulation method that can suppress the occurrence of defects in liquid crystal elements due to unnecessary DC components.

本発明は、複数の画素電極が配置され、前記複数の画素電極に異なる駆動電圧が印加されることにより、照射される光を位相変調して前記光の波面を変化させる画素領域、及び、前記画素領域により位相変調された前記光の漏れ光を受光して受光信号を生成する受光部を有する液晶素子と、所定の周波数における前記受光信号を解析する信号解析部と、前記信号解析部による解析結果に基づいて、前記液晶素子を制御する制御部とを備える位相変調装置を提供する。   The present invention provides a pixel region in which a plurality of pixel electrodes are arranged, and different drive voltages are applied to the plurality of pixel electrodes to phase-modulate the emitted light to change the wavefront of the light, and A liquid crystal element having a light receiving unit that receives the leaked light of the light phase-modulated by the pixel region and generates a light receiving signal, a signal analyzing unit that analyzes the light receiving signal at a predetermined frequency, and an analysis by the signal analyzing unit Based on the result, a phase modulator including a control unit that controls the liquid crystal element is provided.

また、本発明は、複数の画素電極が配置されている画素領域を有する液晶素子が、前記複数の画素電極に異なる駆動電圧が印加されることにより、照射される光を位相変調して前記光の波面を変化させ、受光部が、前記液晶素子によって位相変調された前記光の漏れ光を受光して受光信号を生成し、信号解析部が、所定の周波数における前記受光信号を解析し、制御部が、前記信号解析部による解析結果に基づいて、前記液晶素子を制御する位相変調方法を提供する。   Further, according to the present invention, a liquid crystal element having a pixel region in which a plurality of pixel electrodes are arranged is provided with different drive voltages applied to the plurality of pixel electrodes, so that the emitted light is phase-modulated to perform the light modulation. Of the light, the light receiving section receives the leaked light of the light phase-modulated by the liquid crystal element to generate a light receiving signal, and the signal analyzing section analyzes the light receiving signal at a predetermined frequency and controls the light receiving signal. The section provides a phase modulation method for controlling the liquid crystal element based on the analysis result by the signal analysis section.

本発明の位相変調装置及び位相変調方法によれば、不要なDC成分に起因する液晶素子に関する不具合の発生を抑制できる。   According to the phase modulation device and the phase modulation method of the present invention, it is possible to suppress the occurrence of troubles related to the liquid crystal element due to the unnecessary DC component.

一実施形態の位相変調装置を示すブロック図である。It is a block diagram showing a phase modulation device of one embodiment. 液晶素子の一例を示す上面図である。It is a top view which shows an example of a liquid crystal element. 図2のA−Aで切断した液晶素子の断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view of the liquid crystal element taken along the line AA of FIG. 2. 反射型の液晶素子による信号光の位相変調を示す図である。It is a figure which shows the phase modulation of the signal light by a reflective liquid crystal element. 画素電極に印加される駆動電圧を示す図である。It is a figure which shows the drive voltage applied to a pixel electrode. 画素電極上の液晶の屈折率を示す図である。It is a figure which shows the refractive index of the liquid crystal on a pixel electrode. 液晶に印加される電圧の方向が正転と反転とを交互に繰り返す正反転駆動を示す図である。It is a figure which shows the normal inversion drive in which the direction of the voltage applied to a liquid crystal repeats normal rotation and inversion by turns. 一実施形態の位相変調方法の一例を示すフローチャートである。6 is a flowchart illustrating an example of a phase modulation method according to an embodiment. 画素電極側電圧にDC成分が加算された状態を示す図である。It is a figure showing the state where the DC component was added to the pixel electrode side voltage. 画素電極側電圧にDC成分が加算された場合の受光信号の光応答波形を示す図である。It is a figure which shows the optical response waveform of a light reception signal when a DC component is added to the pixel electrode side voltage. 周波数成分に変換された受光信号を示す図である。It is a figure which shows the received light signal converted into the frequency component. 対向電極側電圧が調整された状態を示す図である。It is a figure which shows the state in which the counter electrode side voltage was adjusted. 対向電極側電圧が調整された状態の受光信号の光応答波形を示す図である。It is a figure which shows the optical response waveform of the light reception signal in the state where the counter electrode side voltage was adjusted. 対向電極側電圧が調整された状態の受光信号の周波数成分を示す図である。It is a figure which shows the frequency component of the light reception signal in the state where the counter electrode side voltage was adjusted.

図1を用いて、一実施形態の位相変調装置を説明する。位相変調装置1は、制御部3と、信号解析部4と、反射型の液晶素子5とを備える。制御部3、及び信号解析部4を集積回路として構成してもよい。液晶素子5には受光部6が形成されている。液晶素子5は例えばLCOS素子である。以下、液晶素子5をLCOS素子5とする。   A phase modulator according to an embodiment will be described with reference to FIG. The phase modulator 1 includes a controller 3, a signal analyzer 4, and a reflective liquid crystal element 5. The control unit 3 and the signal analysis unit 4 may be configured as an integrated circuit. A light receiving portion 6 is formed on the liquid crystal element 5. The liquid crystal element 5 is, for example, an LCOS element. Hereinafter, the liquid crystal element 5 will be referred to as an LCOS element 5.

画像データ生成部2には情報データJDが入力される。情報データJDは、信号光の入力ポート及び出力ポートの位置と信号光における入射光に対する反射光の角度との関係を示すパラメータと、信号光の波長帯、即ち所望の反射光角度を実現する位相の変化量の分布に関わるパラメータとを含む。   Information data JD is input to the image data generation unit 2. The information data JD includes a parameter indicating the relationship between the position of the input port and the output port of the signal light and the angle of the reflected light with respect to the incident light in the signal light, and the wavelength band of the signal light, that is, the phase that realizes a desired reflected light angle. And a parameter relating to the distribution of the change amount of.

位相の変化量は、入射光の位相に対する反射光の位相の進みまたは遅れであり、位相速度の分布に対応する。所定の入力ポートから射出された信号光は、位相変調装置1により位相変調され、目的の出力ポートへ入射する。   The amount of phase change is the lead or lag of the phase of the reflected light with respect to the phase of the incident light, and corresponds to the distribution of the phase velocity. The signal light emitted from a predetermined input port is phase-modulated by the phase modulator 1 and is incident on a target output port.

画像データ生成部2は、情報データJDに基づいて位相の変化量の分布を設定する。画像データ生成部2は、位相の変化量の分布、または、位相速度の分布に基づいて画像データDDを生成し、制御部3へ出力する。位相変調装置1は、画像データ生成部2を備える構成としてもよい。   The image data generator 2 sets the distribution of the amount of change in the phase based on the information data JD. The image data generation unit 2 generates the image data DD based on the distribution of the amount of phase change or the distribution of the phase velocity, and outputs the image data DD to the control unit 3. The phase modulation device 1 may be configured to include the image data generation unit 2.

制御部3は、画像データDDに基づいて、駆動制御信号DCSを生成する。駆動制御信号DCSは、LCOS素子5の駆動を制御するタイミング、及び、画像データDDのLCOS素子5における各画素に対応する階調データを含む。制御部3は、駆動制御信号DCSを各画素に書き込まれるタイミングに合わせてLCOS素子5へ出力する。制御部3は、駆動制御信号DCSによりLCOS素子5の駆動を制御する。LCOS素子5は、駆動制御信号DCSに基づいて、信号光を画素ブロックごとに位相変調する。   The control unit 3 generates the drive control signal DCS based on the image data DD. The drive control signal DCS includes the timing for controlling the driving of the LCOS element 5 and the grayscale data corresponding to each pixel in the LCOS element 5 of the image data DD. The control unit 3 outputs the drive control signal DCS to the LCOS element 5 at the timing of being written in each pixel. The control unit 3 controls driving of the LCOS element 5 by the drive control signal DCS. The LCOS element 5 phase-modulates the signal light for each pixel block based on the drive control signal DCS.

受光部6は、LCOS素子5により位相変調された信号光の漏れ光を光電変換し、受光信号LRSを生成する。受光部6は受光信号LRSを信号解析部4へ出力する。信号解析部4は受光信号LRSを、連続的、断続的、または定期的に監視している。信号解析部4は受光信号LRSの振幅(信号レベル)を検出する。例えば、信号解析部4は、受光信号LRSの所定の周波数における振幅を検出し、所定の閾値Xtに基づいて受光信号LRSを解析する。   The light receiving unit 6 photoelectrically converts the leaked light of the signal light that is phase-modulated by the LCOS element 5 to generate a light reception signal LRS. The light receiver 6 outputs the light reception signal LRS to the signal analyzer 4. The signal analysis unit 4 monitors the received light signal LRS continuously, intermittently, or periodically. The signal analysis unit 4 detects the amplitude (signal level) of the received light signal LRS. For example, the signal analysis unit 4 detects the amplitude of the received light signal LRS at a predetermined frequency and analyzes the received light signal LRS based on a predetermined threshold Xt.

信号解析部4は、解析結果に基づいて、受光信号LRSに含まれる不要なDC成分を検出する。不要なDC成分が検出された場合、信号解析部4は、不要なDC成分が検出されたことを示す検出信号DSを生成し、制御部3へ出力する。制御部3は、検出信号DSに基づいて、LCOS素子5の駆動を制御する。LCOS素子5の具体的な制御方法については後述する。   The signal analysis unit 4 detects an unnecessary DC component included in the received light signal LRS based on the analysis result. When the unnecessary DC component is detected, the signal analysis unit 4 generates a detection signal DS indicating that the unnecessary DC component is detected, and outputs the detection signal DS to the control unit 3. The control unit 3 controls the driving of the LCOS element 5 based on the detection signal DS. A specific control method of the LCOS element 5 will be described later.

図2及び図3を用いて、LCOS素子5の構成例を説明する。LCOS素子5は、駆動基板20(第1の基板)と、透明基板30(第2の基板)と、液晶11と、シール材12と、受光部6とを有する。   A configuration example of the LCOS element 5 will be described with reference to FIGS. 2 and 3. The LCOS element 5 includes a drive substrate 20 (first substrate), a transparent substrate 30 (second substrate), a liquid crystal 11, a sealing material 12, and a light receiving unit 6.

駆動基板20は、画素領域21と、配向膜22と、複数の接続端子23とを有する。画素領域21には、光反射性を有する複数の画素電極24が水平方向及び垂直方向に配置されている。1個の画素電極24が1画素を構成する。配向膜22は少なくとも画素領域21上に形成されている。   The drive substrate 20 has a pixel region 21, an alignment film 22, and a plurality of connection terminals 23. In the pixel region 21, a plurality of pixel electrodes 24 having light reflectivity are arranged in the horizontal direction and the vertical direction. One pixel electrode 24 constitutes one pixel. The alignment film 22 is formed at least on the pixel region 21.

駆動基板20として半導体基板を用いてもよい。駆動基板20は例えばシリコン基板である。駆動基板20には、各画素を駆動するための駆動回路が形成されている。画素電極24、及び、接続端子23の材料としてアルミニウムまたはアルミニウム合金を用いてもよい。   A semiconductor substrate may be used as the drive substrate 20. The drive substrate 20 is, for example, a silicon substrate. A drive circuit for driving each pixel is formed on the drive substrate 20. Aluminum or aluminum alloy may be used as the material of the pixel electrode 24 and the connection terminal 23.

受光部6は、LCOS素子5の駆動基板20において画素領域21の周囲に形成されている。具体的には、受光部6は、画素領域21よりも外側の領域で、かつ、画素領域21の近傍の領域に形成されている。画素領域21の近傍の領域とは、受光部6がLCOS素子5により位相変調された信号光の漏れ光を受光できる領域である。受光部6は、LCOS素子5により位相変調された信号光の漏れ光を受光して光電変換し、受光信号LRSを生成する。なお、受光部6は、画素領域21に照射される信号光の漏れ光を受光する。従って、受光信号LRSは、LCOS素子5により位相変調された信号光の漏れ光と、画素領域21に照射される信号光の漏れ光とにより生成されることになる。   The light receiving portion 6 is formed around the pixel region 21 on the drive substrate 20 of the LCOS element 5. Specifically, the light receiving section 6 is formed in an area outside the pixel area 21 and in the vicinity of the pixel area 21. The region in the vicinity of the pixel region 21 is a region where the light receiving unit 6 can receive the leaked light of the signal light phase-modulated by the LCOS element 5. The light receiving unit 6 receives the leaked light of the signal light phase-modulated by the LCOS element 5 and photoelectrically converts the leaked light to generate a received light signal LRS. The light receiving unit 6 receives the leaked light of the signal light with which the pixel region 21 is irradiated. Therefore, the received light signal LRS is generated by the leak light of the signal light phase-modulated by the LCOS element 5 and the leak light of the signal light with which the pixel region 21 is irradiated.

受光部6は例えばフォトダイオードである。図2には、1個の受光部6が画素領域21の近傍に形成されている場合の構成を示している。なお、受光部6の形状、及び個数は図2に示す構成に限定されるものでなく、任意の形状、及び、個数に設定することができる。また、受光部6の位置は図2に示す位置に限定されるものでなく、画素領域21よりも外側の領域であり、かつ、LCOS素子5により位相変調された信号光の漏れ光を受光できる領域であれば、任意の位置に形成することができる。   The light receiving unit 6 is, for example, a photodiode. FIG. 2 shows a configuration in which one light receiving unit 6 is formed near the pixel region 21. The shape and the number of the light receiving portions 6 are not limited to the configuration shown in FIG. 2, and can be set to any shape and number. Further, the position of the light receiving unit 6 is not limited to the position shown in FIG. 2, and is a region outside the pixel region 21 and can receive the leaked light of the signal light phase-modulated by the LCOS element 5. If it is a region, it can be formed at any position.

WSS装置等の光スイッチング装置に用いられる光の波長帯は、一般的に1200nm〜1700nmの範囲の赤外帯域である。例えばCバンド及びLバンドと称される波長帯は、1530nm〜1625nmの範囲の赤外帯域である。上記の赤外帯域に受光感度を有する受光部6として用いられるフォトダイオードの材料として、InGaAs(インジウムガリウム砒素)等の化合物半導体を用いてもよい。   The wavelength band of light used in an optical switching device such as a WSS device is generally an infrared band in the range of 1200 nm to 1700 nm. For example, wavelength bands called C band and L band are infrared bands in the range of 1530 nm to 1625 nm. A compound semiconductor such as InGaAs (indium gallium arsenide) may be used as the material of the photodiode used as the light receiving unit 6 having the light receiving sensitivity in the infrared band.

半導体プロセスにより、例えばシリコン基板である駆動基板20上に、シリコン酸化膜またはゲルマニウム層等のバッファ層を形成する。次に、バッファ層上に赤外帯域に受光感度を有するInGaAs等の化合物半導体をpn接合またはnp接合を有して成膜する。さらに、成膜された化合物半導体膜をフォトリグラフィ法によりパターン化する。上記の半導体プロセスにより、受光部6を駆動基板20上に形成することができる。   By a semiconductor process, a buffer layer such as a silicon oxide film or a germanium layer is formed on the drive substrate 20, which is a silicon substrate, for example. Next, a compound semiconductor such as InGaAs having a photosensitivity in the infrared band is formed on the buffer layer with a pn junction or an np junction. Further, the formed compound semiconductor film is patterned by the photolithography method. The light receiving portion 6 can be formed on the drive substrate 20 by the above semiconductor process.

透明基板30は、対向電極31と、配向膜32とを有する。配向膜32は対向電極31上に形成されている。駆動基板20と透明基板30とは、複数の画素電極24と対向電極31とが対向するようにシール材12により所定の間隙を有して固定されている。   The transparent substrate 30 has a counter electrode 31 and an alignment film 32. The alignment film 32 is formed on the counter electrode 31. The drive substrate 20 and the transparent substrate 30 are fixed with a predetermined gap by the sealing material 12 so that the plurality of pixel electrodes 24 and the counter electrode 31 face each other.

透明基板30、対向電極31、及び、配向膜32は、光透過性を有する。透明基板30として無アルカリガラス基板または石英ガラス基板を用いてもよい。対向電極31の材料としてITO(Indium Tin Oxide)を用いてもよい。なお、ITO膜の上側及び下側に、光透過性を有する誘電体膜を形成してもよい。   The transparent substrate 30, the counter electrode 31, and the alignment film 32 are light transmissive. A non-alkali glass substrate or a quartz glass substrate may be used as the transparent substrate 30. ITO (Indium Tin Oxide) may be used as the material of the counter electrode 31. A light-transmitting dielectric film may be formed on the upper and lower sides of the ITO film.

シール材12は、画素領域21の外周部に沿って画素領域21と受光部6とを取り囲むように環状に形成されている。シール材12として紫外線硬化樹脂、熱硬化性樹脂、または紫外線と熱との併用により硬化する樹脂を用いてもよい。   The sealing material 12 is formed in an annular shape along the outer periphery of the pixel region 21 so as to surround the pixel region 21 and the light receiving unit 6. As the sealing material 12, an ultraviolet curable resin, a thermosetting resin, or a resin which is cured by the combined use of ultraviolet rays and heat may be used.

液晶11は、駆動基板20と透明基板30との所定の間隙に充填され、シール材12により封止されている。透明基板30の対向電極31が形成されている面とは反対側の面に反射防止膜33を形成してもよい。反射防止膜33として誘電体多層膜を用いてもよい。   The liquid crystal 11 is filled in a predetermined gap between the drive substrate 20 and the transparent substrate 30 and is sealed by the sealing material 12. The antireflection film 33 may be formed on the surface of the transparent substrate 30 opposite to the surface on which the counter electrode 31 is formed. A dielectric multilayer film may be used as the antireflection film 33.

複数の接続端子23は、駆動基板20の外周部に形成されている。複数の接続端子23のうちの所定の接続端子23には、制御部3から駆動制御信号DCSが入力される。受光部6で生成された受光信号LRSは、複数の接続端子23のうちの所定の接続端子23から、信号解析部4へ出力される。また、複数の接続端子23のうちの所定の接続端子23は、外部の電源等と接続されている。   The plurality of connection terminals 23 are formed on the outer peripheral portion of the drive substrate 20. The drive control signal DCS is input from the control unit 3 to a predetermined connection terminal 23 among the plurality of connection terminals 23. The light reception signal LRS generated by the light receiving unit 6 is output to the signal analysis unit 4 from a predetermined connection terminal 23 of the plurality of connection terminals 23. Further, a predetermined connection terminal 23 among the plurality of connection terminals 23 is connected to an external power source or the like.

図4、図5A、及び図5Bを用いて、LCOS素子5による信号光の位相変調を説明する。図4に示す符号25は、複数の画素電極24により構成される画素ブロックを示している。通常、画素ブロックは、3個以上の画素電極24が水平方向及び垂直方向にそれぞれ配置されている構成を有する。   Phase modulation of signal light by the LCOS element 5 will be described with reference to FIGS. 4, 5A, and 5B. Reference numeral 25 shown in FIG. 4 indicates a pixel block including a plurality of pixel electrodes 24. Usually, the pixel block has a configuration in which three or more pixel electrodes 24 are arranged in the horizontal direction and the vertical direction, respectively.

説明を分かりやすくするために、3個の画素電極24により画素ブロック25を構成する場合について説明する。各画素電極24を区別するため、左から画素電極24a、画素電極24b、及び、画素電極24cとする。   In order to make the description easy to understand, a case where the pixel block 25 is configured by three pixel electrodes 24 will be described. In order to distinguish each pixel electrode 24, a pixel electrode 24a, a pixel electrode 24b, and a pixel electrode 24c are arranged from the left.

図1に示す画像データ生成部2により生成された位相の変化量の分布(位相速度の分布)に応じた画像データDDに基づいて、図5Aに示すように、画素電極24a、24b、及び24cには異なる駆動電圧DVa、DVb、及びDVcが印加される。   As shown in FIG. 5A, the pixel electrodes 24a, 24b, and 24c are based on the image data DD corresponding to the distribution of the amount of change in the phase (distribution of the phase velocity) generated by the image data generating unit 2 shown in FIG. Different drive voltages DVa, DVb, and DVc are applied to.

実際には、液晶11に印加される駆動電圧DVa、DVb、及びDVcは、画素電極24a、24b、及び24cと対向電極31との間に印加される電圧である。液晶11は、構成される分子の屈折率と誘電率に異方性を有することから、印加される駆動電圧によって分子の傾斜が変化することで屈折率が変化する。   In practice, the drive voltages DVa, DVb, and DVc applied to the liquid crystal 11 are voltages applied between the pixel electrodes 24a, 24b, and 24c and the counter electrode 31. Since the liquid crystal 11 has anisotropy in the refractive index and dielectric constant of the constituent molecules, the refractive index changes as the tilt of the molecules changes according to the applied drive voltage.

これにより、図5Bに示すように、画素電極24a上の液晶11は第1の屈折率naを有し、画素電極24b上の液晶11は第2の屈折率nbを有し、画素電極24c上の液晶11は第3の屈折率nc(na>nb>nc)を有する。屈折率na〜ncは画素電極24a〜24c上の液晶11の平均的な屈折率である。   As a result, as shown in FIG. 5B, the liquid crystal 11 on the pixel electrode 24a has the first refractive index na, the liquid crystal 11 on the pixel electrode 24b has the second refractive index nb, and the liquid crystal 11 on the pixel electrode 24c. The liquid crystal 11 has a third refractive index nc (na>nb>nc). The refractive indexes na to nc are average refractive indexes of the liquid crystal 11 on the pixel electrodes 24a to 24c.

図4に示すように、入力ポートから出力された信号光SLは、p偏光またはs偏光の直線偏光の状態で画素領域21の画素ブロック25に入射する。図3に示す配向膜22及び32は、信号光SLの偏向方向と液晶11の配向方向とが同じになるように形成されている。配向方向とは、例えば配向膜22付近の液晶11が傾斜する方向である。なお、配向膜32付近の液晶11が傾斜する方向を配向方向としてもよい。   As shown in FIG. 4, the signal light SL output from the input port enters the pixel block 25 in the pixel region 21 in the state of p-polarized light or s-polarized linearly polarized light. The alignment films 22 and 32 shown in FIG. 3 are formed such that the deflection direction of the signal light SL and the alignment direction of the liquid crystal 11 are the same. The alignment direction is, for example, a direction in which the liquid crystal 11 near the alignment film 22 tilts. The direction in which the liquid crystal 11 near the alignment film 32 is inclined may be the alignment direction.

信号光SLの偏向方向と液晶11の配向方向とを同じにすることにより、直線偏光が楕円偏光へと変調されて、p偏光がs偏光成分を有する、または、s偏光がp偏光成分を有することによって生じる信号光SLの減衰を抑制して、信号光SLを効率的に反射させることができる。   By setting the polarization direction of the signal light SL and the alignment direction of the liquid crystal 11 to be the same, the linearly polarized light is modulated to the elliptically polarized light, and the p-polarized light has the s-polarized light component or the s-polarized light has the p-polarized light component. The signal light SL can be efficiently reflected by suppressing the attenuation of the signal light SL caused thereby.

図4に示すpa、pb、及びpcは、画素電極24a、24b、及び24c上の液晶11の屈折率の違いにより生じる位相速度の違いを模式的に示している。図4に示すWFは信号光SLの波面を模式的に示している。波面WFは、信号光SLの位相が揃った面をいう。信号光SLは、画素電極24aから画素電極24cに向かって位相の変化量または位相速度が段階的に大きくなる。これにより、信号光SLの波面WFを変化(傾斜)させることができる。   Pa, pb, and pc shown in FIG. 4 schematically show the difference in phase velocities caused by the difference in the refractive index of the liquid crystal 11 on the pixel electrodes 24a, 24b, and 24c. The WF shown in FIG. 4 schematically shows the wavefront of the signal light SL. The wavefront WF is a surface on which the phases of the signal light SL are aligned. The amount of change in phase or the phase velocity of the signal light SL gradually increases from the pixel electrode 24a toward the pixel electrode 24c. This makes it possible to change (tilt) the wavefront WF of the signal light SL.

駆動電圧DVa、DVb、及びDVcにより、画素電極24a、24b、及び24c上の液晶11の屈折率の差を大きくし、位相変化の差を大きくすることで波面WFの傾斜角θを大きくすることができる。また、画素電極24a、24b、及び24c上の液晶11の屈折率の差を小さくし、位相変化の差を小さくすることで波面WFの傾斜角θを小さくすることができる。傾斜角θは、信号光SLの波面WFと画素電極24a、24b、及び24cの垂線とのなす角度に相当する。なお、画素電極24の数を変えることにより波面WFの傾斜角θを変化させることもできる。   The drive voltages DVa, DVb, and DVc are used to increase the difference in the refractive index of the liquid crystal 11 on the pixel electrodes 24a, 24b, and 24c and increase the difference in the phase change to increase the tilt angle θ of the wavefront WF. You can Further, the inclination angle θ of the wavefront WF can be reduced by reducing the difference in the refractive index of the liquid crystal 11 on the pixel electrodes 24a, 24b, and 24c and the difference in the phase change. The tilt angle θ corresponds to the angle formed by the wavefront WF of the signal light SL and the perpendiculars of the pixel electrodes 24a, 24b, and 24c. The inclination angle θ of the wavefront WF can be changed by changing the number of the pixel electrodes 24.

従って、図1に示す情報データJDは、信号光SLの入力ポート及び出力ポートの位置と画素電極24における信号光SLの入射と反射との成す角度との関係を示すパラメータと、信号光SLの波長帯、即ち所望の反射光角度を実現する位相の変化量の分布に関わるパラメータとを含む。   Therefore, the information data JD shown in FIG. 1 includes the parameter indicating the relationship between the position of the input port and the output port of the signal light SL and the angle formed by the incidence and reflection of the signal light SL on the pixel electrode 24, and the information light JD of the signal light SL. It includes a wavelength band, that is, a parameter relating to the distribution of the amount of change in phase that realizes a desired reflected light angle.

信号光SLは、画像データ生成部2により生成された画像データDDに基づいて、波面WFが所定の傾斜角θとされ、画素電極24a、24b、及び24cにより反射される。従って、LCOS素子5は、画像データDDに基づいて、信号光SLの位相速度を画素ごとに段階的に変化させることにより、信号光SLを所定の方向に反射させることができる。   The signal light SL is reflected by the pixel electrodes 24a, 24b, and 24c with the wavefront WF having a predetermined inclination angle θ based on the image data DD generated by the image data generation unit 2. Therefore, the LCOS element 5 can reflect the signal light SL in a predetermined direction by gradually changing the phase velocity of the signal light SL for each pixel based on the image data DD.

LCOS素子5は、信号光SLの波面WFの傾斜角θを位相速度の変化の割合に応じて制御することができる。即ち、LCOS素子5は、画素ごとに位相速度を変化させて信号光SLを所定の方向に反射する位相変調素子として機能する。LCOS素子5が信号光SLの波面WFの傾斜角θを制御することにより、信号光SLは目的の出力ポートに入射される。   The LCOS element 5 can control the inclination angle θ of the wavefront WF of the signal light SL according to the rate of change of the phase velocity. That is, the LCOS element 5 functions as a phase modulation element that changes the phase velocity for each pixel and reflects the signal light SL in a predetermined direction. The LCOS element 5 controls the inclination angle θ of the wavefront WF of the signal light SL, so that the signal light SL is incident on the target output port.

図6と図7に示すフローチャートと図8〜図13を用いて、一実施形態の位相変調方法、具体的にはLCOS素子5(液晶素子)の制御方法について説明する。図6は、液晶11に印加される電圧の方向が正転と反転とを交互に繰り返す正反転駆動の場合を示している。図6の(a)は正転時の状態を示し、(b)は反転時の状態を示している。   A phase modulation method of one embodiment, specifically, a control method of the LCOS element 5 (liquid crystal element) will be described with reference to the flowcharts shown in FIGS. 6 and 7 and FIGS. FIG. 6 shows a case of forward inversion drive in which the direction of the voltage applied to the liquid crystal 11 repeats normal rotation and inversion alternately. 6A shows the state at the time of forward rotation, and FIG. 6B shows the state at the time of reversal.

図6(a)の符号VpHは正転時の画素電極24側の電圧(以下、正転時画素電極側電圧VpHとする)を示し、符号VcLは正転時の対向電極31側の電圧(以下、正転時対向電極側電圧VcLとする)を示している。符号+VLcは正転時画素電極側電圧VpHから正転時対向電極側電圧VcLを減算した差分電圧(以下、正転時差分電圧+VLcとする)を示し、正転時に液晶11に印加される電圧に相当する。符号Vpcは画素電極24側の中心電圧の最適値を示し、符号Vccは対向電極31側の中心電圧の最適値を示している。   Reference numeral VpH in FIG. 6A indicates a voltage on the pixel electrode 24 side during normal rotation (hereinafter, referred to as a normal rotation pixel electrode side voltage VpH), and reference numeral VcL indicates a voltage on the counter electrode 31 side during normal rotation ( Hereinafter, the counter electrode side voltage VcL during forward rotation is shown). Reference sign +VLc indicates a differential voltage (hereinafter, referred to as a normal rotation differential voltage +VLc) obtained by subtracting the normal rotation counter electrode side voltage VcL from the normal rotation pixel electrode side voltage VpH, and a voltage applied to the liquid crystal 11 during the normal rotation. Equivalent to. Reference symbol Vpc indicates the optimum value of the center voltage on the pixel electrode 24 side, and reference symbol Vcc indicates the optimum value of the center voltage on the counter electrode 31 side.

図6(b)の符号VpLは反転時の画素電極24側の電圧(以下、反転時画素電極側電圧VpLとする)を示し、符号VcHは反転時の対向電極31側の電圧(以下、反転時対向電極側電圧VcHとする)を示している。符号−VLcは反転時画素電極側電圧VpLから反転時対向電極側電圧VcHを減算した差分電圧(以下、反転時差分電圧−VLcとする)を示し、反転時に液晶11に印加される電圧に相当する。   Reference numeral VpL in FIG. 6B indicates a voltage on the pixel electrode 24 side at the time of inversion (hereinafter referred to as pixel electrode side voltage VpL at the time of inversion), and reference numeral VcH indicates a voltage on the counter electrode 31 side at the time of inversion (hereinafter, inversion). The counter electrode side voltage VcH is shown). Reference symbol -VLc represents a difference voltage (hereinafter, referred to as an inversion-time difference voltage -VLc) obtained by subtracting the inversion-time counter electrode-side voltage VcH from the inversion-time pixel electrode side voltage VpL, and corresponds to a voltage applied to the liquid crystal 11 at the time of inversion. To do.

図7に示すフローチャートにおいて、受光部6は、ステップS1にて、LCOS素子5により位相変調される信号光SLの漏れ光を光電変換して受光信号LRSを生成し、信号解析部4へ出力する。   In the flowchart shown in FIG. 7, the light receiving unit 6 photoelectrically converts the leaked light of the signal light SL that is phase-modulated by the LCOS element 5 to generate a light reception signal LRS in step S<b>1, and outputs the light reception signal LRS to the signal analysis unit 4. ..

LCOS素子5が高温状態になったり時間が経過したりした場合に、LCOS素子5が高温下または高湿度の環境における保管または使用、または液晶素子自体の温度変化等により、画素電極24と対向電極31との間に印加される駆動電圧にDC成分が加算される場合がある。一般的に、LCOS素子では、画素電極24がアルミニウム等を主成分とする高反射率の金属により形成され、対向電極31がITO等の透明導電性材料により形成されているため、異種材料間に電圧が印加されることにより、DC成分が加算される場合がある。また、LCOS素子の内部に形成されている回路の影響、または液晶11等の有機材料を取り扱うときに残存するイオン性物質の影響によってDC成分が加算される場合がある。   When the LCOS element 5 is in a high temperature state or when time has passed, the LCOS element 5 is stored or used in an environment of high temperature or high humidity, or the temperature of the liquid crystal element itself changes, or the like, and the pixel electrode 24 and the counter electrode In some cases, the DC component may be added to the drive voltage applied to the drive circuit 31. Generally, in the LCOS element, the pixel electrode 24 is formed of a metal having a high reflectance including aluminum as a main component, and the counter electrode 31 is formed of a transparent conductive material such as ITO. The DC component may be added by applying the voltage. Further, the DC component may be added due to the influence of the circuit formed inside the LCOS element or the influence of the ionic substance remaining when handling the organic material such as the liquid crystal 11.

例えば、画素電極24の低電圧側が0Vであり、高電圧側が3Vである場合、画素電極24側の中心電圧は1.5Vとなる。例えば、対向電極31の低電圧側が0Vであり、高電圧側が3Vである場合、対向電極31側の中心電圧は1.5Vとなる。しかし、不要なDC成分が加算されることにより、画素電極24側及び対向電極31側の中心電圧が最適値からずれる。   For example, when the low voltage side of the pixel electrode 24 is 0V and the high voltage side is 3V, the center voltage of the pixel electrode 24 side is 1.5V. For example, when the low voltage side of the counter electrode 31 is 0V and the high voltage side is 3V, the center voltage of the counter electrode 31 side is 1.5V. However, by adding unnecessary DC components, the center voltage on the pixel electrode 24 side and the counter electrode 31 side deviates from the optimum value.

画素電極24側及び対向電極31側の中心電圧が最適値からずれると、画素電極24側の差分電圧と対向電極31側の差分電圧とが正転時と反転時とで異なる。これにより、フリッカまたは焼き付き等のLCOS素子5に関する不具合が発生する場合がある。   When the center voltage on the pixel electrode 24 side and the counter electrode 31 side deviates from the optimum value, the differential voltage on the pixel electrode 24 side and the differential voltage on the counter electrode 31 side differ between normal rotation and inversion. As a result, defects such as flicker or burn-in may occur in the LCOS element 5.

図8は、図6に対応し、画素電極側電圧VpH及びVpLに不要なDC成分が加算された状態を示している。正転時画素電極側電圧VpHに不要なDC成分Vdcが加算されることにより、正転時差分電圧は+VLc+Vdcとなる。反転時画素電極側電圧VpLに不要なDC成分Vdcが加算されることにより、反転時差分電圧は−VLc+Vdcとなる。   FIG. 8 corresponds to FIG. 6 and shows a state where unnecessary DC components are added to the pixel electrode side voltages VpH and VpL. Since the unnecessary DC component Vdc is added to the normal rotation pixel electrode side voltage VpH, the normal rotation difference voltage becomes +VLc+Vdc. By adding the unnecessary DC component Vdc to the pixel electrode side voltage VpL at the time of inversion, the differential voltage at the time of inversion becomes −VLc+Vdc.

従って、画素電極側電圧VpH及びVpLに不要なDC成分が加算された状態では、正転時差分電圧+VLc+Vdcと反転時差分電圧−VLc+Vdcとは異なる。具体的には、正転時には反転時よりも高い電圧が画素電極24と対向電極31との間に印加される。図9は、画素電極側電圧VpH及びVpLに不要なDC成分が加算された場合の受光信号LRSの光応答波形を示している。   Therefore, in the state where the unnecessary DC component is added to the pixel electrode side voltages VpH and VpL, the forward rotation difference voltage +VLc+Vdc and the inversion difference voltage −VLc+Vdc are different. Specifically, at the time of forward rotation, a voltage higher than that at the time of inversion is applied between the pixel electrode 24 and the counter electrode 31. FIG. 9 shows an optical response waveform of the received light signal LRS when an unnecessary DC component is added to the pixel electrode side voltages VpH and VpL.

信号解析部4は、ステップS2にて、フーリエ変換等の処理を実行することにより、受光信号LRSを周波数成分に変換する。図10は、周波数成分に変換された受光信号LRSを示している。信号解析部4は、周波数成分に変換された受光信号LRSを、所定の周波数ごとに解析する。   In step S2, the signal analysis unit 4 converts the received light signal LRS into frequency components by performing processing such as Fourier transform. FIG. 10 shows the received light signal LRS converted into the frequency component. The signal analysis unit 4 analyzes the received light signal LRS converted into frequency components for each predetermined frequency.

信号解析部4は、ステップS3にて、所定の周波数fa(第2の周波数)において、受光信号LRSの振幅が閾値Sha(第2の閾値)以上であるか否かを判定する。周波数faは、受光信号LRSの直流成分を検出できるように非常に低い値に設定されている。受光信号LRSの振幅が閾値Sha以上ではない(NO)と判定された場合、信号解析部4は、信号光SLがLCOS素子5に照射されていない、即ち無信号状態であると判断し、処理をステップS2へ戻す。   In step S3, the signal analysis unit 4 determines whether or not the amplitude of the received light signal LRS is equal to or larger than the threshold value Sha (second threshold value) at the predetermined frequency fa (second frequency). The frequency fa is set to a very low value so that the DC component of the received light signal LRS can be detected. When it is determined that the amplitude of the received light signal LRS is not equal to or larger than the threshold value Sha (NO), the signal analysis unit 4 determines that the LCOS element 5 is not irradiated with the signal light SL, that is, the signal is not in the signal state, and the processing is performed. To step S2.

無信号状態であると判断された場合、位相変調装置1は、消費電力を低減させるために制御部3を制御し、LCOS素子5をスタンバイ状態にしてもよい。   When it is determined that there is no signal, the phase modulation device 1 may control the control unit 3 to reduce the power consumption and put the LCOS element 5 in the standby state.

受光信号LRSの振幅が閾値Sha以上である(YES)と判定された場合、信号解析部4は、無信号状態ではない、即ち、信号光SLが画素領域21の画素ブロック25に入射している状態であると判断する。信号解析部4は、ステップS4にて、所定の周波数fb(第1の周波数)における受光信号LRSの振幅と周波数fbの周辺の周波数における受光信号LRSの振幅との差分Xbを取得する。周波数fbは、不要なDC成分による影響を検出できる値に設定されている。   When it is determined that the amplitude of the light reception signal LRS is equal to or larger than the threshold value Sha (YES), the signal analysis unit 4 is not in the no signal state, that is, the signal light SL is incident on the pixel block 25 in the pixel region 21. Judge that it is in a state. In step S4, the signal analysis unit 4 acquires the difference Xb between the amplitude of the received light signal LRS at the predetermined frequency fb (first frequency) and the amplitude of the received light signal LRS at frequencies around the frequency fb. The frequency fb is set to a value that can detect the influence of unnecessary DC components.

具体的には、周波数fbは、画像データDDのフレーム周波数、及び、画素電極側電圧Vpと対向電極側電圧Vcとの正反転周波数の少なくともいずれかの周波数に設定されている。周波数fbは、フレーム周波数、及びフレーム周波数の高調波に対応する周波数に設定してもよい。例えば、フレーム周波数が60Hzである場合、その高調波に対応する周波数は120Hzまたは240Hz等である。この場合、周波数fbは、60Hzと120Hz及び240Hzの少なくともいずれかとに設定してもよい。図10は、周波数fbとして、2つの周波数fb1及びfb2が設定されている場合を示している。   Specifically, the frequency fb is set to at least one of the frame frequency of the image data DD and the forward/reverse frequency of the pixel electrode side voltage Vp and the counter electrode side voltage Vc. The frequency fb may be set to a frequency corresponding to the frame frequency and harmonics of the frame frequency. For example, when the frame frequency is 60 Hz, the frequency corresponding to the harmonic is 120 Hz or 240 Hz. In this case, the frequency fb may be set to 60 Hz and at least one of 120 Hz and 240 Hz. FIG. 10 shows a case where two frequencies fb1 and fb2 are set as the frequency fb.

差分Xbは、周波数fbにおける受光信号LRSの振幅と、周波数fbの影響を受けない周波数における受光信号LRSの振幅とに基づいて取得してもよい。差分Xbは、周波数fbにおける受光信号LRSの振幅と、周波数fbの周辺の周波数における受光信号LRSの振幅の平均値とに基づいて取得してもよい。即ち、周波数fbにおける受光信号LRSの振幅がその周辺レベルと比較できればよい。   The difference Xb may be acquired based on the amplitude of the received light signal LRS at the frequency fb and the amplitude of the received light signal LRS at a frequency that is not affected by the frequency fb. The difference Xb may be acquired based on the amplitude of the received light signal LRS at the frequency fb and the average value of the amplitude of the received light signal LRS at frequencies around the frequency fb. That is, it suffices that the amplitude of the received light signal LRS at the frequency fb can be compared with its surrounding level.

信号解析部4は、ステップS5にて、差分Xbが閾値Xt(第1の閾値)以上であるか否かを判定する。差分Xbが閾値Xt以上ではない(NO)と判定された場合、信号解析部4は、不要なDC成分による影響がないと判断し、処理をステップS2へ戻す。差分Xbが閾値Xt以上である(YES)と判定された場合、信号解析部4は、不要なDC成分による影響があると判断する。信号解析部4は、ステップS6にて、検出信号DSを生成し、制御部3へ出力する。検出信号DSは、差分Xbに関する情報を含んでいてもよい。   In step S5, the signal analysis unit 4 determines whether or not the difference Xb is greater than or equal to the threshold value Xt (first threshold value). When it is determined that the difference Xb is not equal to or larger than the threshold value Xt (NO), the signal analysis unit 4 determines that there is no influence of the unnecessary DC component, and returns the process to step S2. When it is determined that the difference Xb is equal to or larger than the threshold value Xt (YES), the signal analysis unit 4 determines that there is an influence of an unnecessary DC component. The signal analysis unit 4 generates the detection signal DS and outputs it to the control unit 3 in step S6. The detection signal DS may include information regarding the difference Xb.

図10に示すように、閾値Xtは、複数の周波数fb1及びfb2に対して共通の値であってもよいし、複数の周波数fb1及びfb2にそれぞれ対応する、互いに異なる値であってもよい。例えば、周波数fb1に対応する閾値Xt1と、周波数fb2に対応する閾値Xt2とを設定してもよい。   As shown in FIG. 10, the threshold value Xt may be a common value for the plurality of frequencies fb1 and fb2, or may be different values corresponding to the plurality of frequencies fb1 and fb2. For example, the threshold Xt1 corresponding to the frequency fb1 and the threshold Xt2 corresponding to the frequency fb2 may be set.

この場合、信号解析部4は、周波数fb1における受光信号LRSの振幅と周波数fb1の周辺の周波数における受光信号LRSの振幅との差分Xb1を取得する。信号解析部4は、周波数fb2における受光信号LRSの振幅と周波数fb2の周辺の周波数における受光信号LRSの振幅との差分Xb2を取得する。信号解析部4は、差分Xb1が閾値Xt1以上であるか否かを判定し、差分Xb2が閾値Xt2以上であるか否かを判定する。差分Xb1が閾値Xt1以上であり、かつ、差分Xb2が閾値Xt2以上であると判定された場合、または、差分Xb1が閾値Xt1以上であると判定された場合、または、差分Xb2が閾値Xt2以上であると判定された場合、信号解析部4は、検出信号DSを生成し、制御部3へ出力する。   In this case, the signal analysis unit 4 acquires the difference Xb1 between the amplitude of the received light signal LRS at the frequency fb1 and the amplitude of the received light signal LRS at frequencies around the frequency fb1. The signal analysis unit 4 acquires a difference Xb2 between the amplitude of the received light signal LRS at the frequency fb2 and the amplitude of the received light signal LRS at frequencies around the frequency fb2. The signal analysis unit 4 determines whether the difference Xb1 is greater than or equal to the threshold value Xt1, and determines whether the difference Xb2 is greater than or equal to the threshold value Xt2. If the difference Xb1 is greater than or equal to the threshold value Xt1 and the difference Xb2 is determined to be greater than or equal to the threshold value Xt2, or if it is determined that the difference Xb1 is greater than or equal to the threshold value Xt1, or the difference Xb2 is greater than or equal to the threshold value Xt2. When it is determined that there is the signal, the signal analysis unit 4 generates the detection signal DS and outputs it to the control unit 3.

制御部3は、ステップS7にて、検出信号DSに基づいて、不要なDC成分に対応する電圧調整を行う。制御部3は、画素電極側電圧Vp、対向電極側電圧Vc、画素電極24側の中心電圧、及び対向電極31側の中心電圧の少なくともいずれかについて、不要なDC成分に対応する電圧調整を行う。図11は、図8に対応し、対向電極側電圧Vcについて、不要なDC成分Vdcに対応する電圧調整を行う場合を示している。制御部3は、例えば対向電極側電圧VcL及びVcHに不要なDC成分Vdcに対応する電圧を加算するように、対向電極側電圧VcL及びVcHの電圧調整を行う。   In step S7, the control unit 3 adjusts the voltage corresponding to the unnecessary DC component based on the detection signal DS. The control unit 3 performs voltage adjustment corresponding to an unnecessary DC component with respect to at least one of the pixel electrode side voltage Vp, the counter electrode side voltage Vc, the pixel electrode 24 side center voltage, and the counter electrode 31 side center voltage. .. FIG. 11 corresponds to FIG. 8 and shows a case where the voltage Vc on the counter electrode side is adjusted to correspond to the unnecessary DC component Vdc. The control unit 3 adjusts the counter electrode side voltages VcL and VcH so as to add the voltage corresponding to the unnecessary DC component Vdc to the counter electrode side voltages VcL and VcH, for example.

具体的には、制御部3は、対向電極側電圧Vcに任意の電圧を加算する、または、対向電極側電圧Vcから任意の電圧を減算する。制御部3は、電圧調整結果に基づいて、差分Xbが小さくなるように上記の電圧調整を繰り返す。制御部3は、例えば対向電極側電圧Vcに任意の電圧を加算した場合、差分Xbが小さくなれば対向電極側電圧Vcに任意の電圧をさらに加算し、差分Xbが大きくなれば対向電極側電圧Vcから任意の電圧を減算する。上記の電圧調整を繰り返すことにより、対向電極側電圧VcL及びVcHに不要なDC成分Vdcに対応する電圧が加算されることになる。   Specifically, the control unit 3 adds an arbitrary voltage to the counter electrode side voltage Vc, or subtracts an arbitrary voltage from the counter electrode side voltage Vc. The control unit 3 repeats the above voltage adjustment based on the voltage adjustment result so that the difference Xb becomes smaller. For example, when an arbitrary voltage is added to the counter electrode side voltage Vc, the control unit 3 further adds an arbitrary voltage to the counter electrode side voltage Vc if the difference Xb becomes small, and if the difference Xb becomes large, the counter electrode side voltage. Subtract an arbitrary voltage from Vc. By repeating the above voltage adjustment, the voltage corresponding to the unnecessary DC component Vdc is added to the counter electrode voltages VcL and VcH.

対向電極側電圧VcL及びVcHに不要なDC成分Vdcに対応する電圧が加算されることにより、正転時差分電圧は+VLcとなり、反転時差分電圧は−VLcとなる。即ち、正転時差分電圧+VLcと反転時差分電圧−VLcとは絶対値が同じになるため、正転時、及び反転時では同じ電圧が画素電極24と対向電極31との間に印加される。図12は、図9に対応し、対向電極側電圧Vcが調整された状態の受光信号LRSの光応答波形を示している。図13は、図10に対応し、対向電極側電圧Vcが調整された状態の受光信号LRSの周波数成分を示している。   By adding the voltage corresponding to the unnecessary DC component Vdc to the counter electrode side voltages VcL and VcH, the forward rotation difference voltage becomes +VLc and the inversion difference voltage becomes −VLc. That is, since the differential voltage +VLc at the time of forward rotation and the differential voltage −VLc at the time of inversion have the same absolute value, the same voltage is applied between the pixel electrode 24 and the counter electrode 31 at the time of forward rotation and at the time of inversion. .. FIG. 12 corresponds to FIG. 9 and shows an optical response waveform of the received light signal LRS in a state where the counter electrode side voltage Vc is adjusted. FIG. 13 corresponds to FIG. 10 and shows the frequency components of the received light signal LRS in the state where the counter electrode side voltage Vc is adjusted.

位相変調装置1は、ステップS1〜ステップS7を、連続的、断続的、または定期的に実行することにより、LCOS素子5の電圧調整を行う。   The phase modulator 1 adjusts the voltage of the LCOS element 5 by continuously, intermittently, or periodically executing steps S1 to S7.

本実施形態の位相変調装置及び位相変調方法では、受光部6がLCOS素子5により位相変調される信号光SLの漏れ光を光電変換して受光信号LRSを生成し、信号解析部4が受光信号LRSを周波数成分に変換する。信号解析部4が所定の周波数fbにおける差分Xbを取得し、差分Xbに基づいて不要なDC成分を検出する。制御部3が不要なDC成分に対応する電圧調整を行う。これにより、不要なDC成分に起因する液晶素子に関する不具合の発生を抑制することができる。   In the phase modulation device and the phase modulation method of the present embodiment, the light receiving unit 6 photoelectrically converts the leaked light of the signal light SL phase-modulated by the LCOS element 5 to generate the light reception signal LRS, and the signal analysis unit 4 receives the light reception signal. Convert LRS to frequency components. The signal analysis unit 4 acquires the difference Xb at the predetermined frequency fb, and detects an unnecessary DC component based on the difference Xb. The control unit 3 adjusts the voltage corresponding to the unnecessary DC component. As a result, it is possible to suppress the occurrence of defects in the liquid crystal element due to the unnecessary DC component.

本発明は、上述した本実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能である。   The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.

本実施形態の位相変調装置及び位相変調方法では、液晶素子5としてLCOS素子を用いたが、これに限定されるものではない。液晶素子5として、例えばガラス基板等の基板上にTFT(Thin Film Transistor)技術を用いて製作した反射型の液晶パネルを用いてもよい。   In the phase modulation device and the phase modulation method of this embodiment, the LCOS element is used as the liquid crystal element 5, but the liquid crystal element 5 is not limited to this. As the liquid crystal element 5, for example, a reflective liquid crystal panel manufactured by using a TFT (Thin Film Transistor) technique on a substrate such as a glass substrate may be used.

1 位相変調装置
3 制御部
4 信号解析部
5 LCOS素子(液晶素子)
6 受光部
21 画素領域
24 画素電極
DV 駆動電圧
LRS 受光信号
SL 信号光(光)
WF 波面
1 Phase Modulator 3 Control Part 4 Signal Analysis Part 5 LCOS Element (Liquid Crystal Element)
6 light receiving part 21 pixel area 24 pixel electrode DV drive voltage LRS light receiving signal SL signal light (light)
WF wavefront

Claims (5)

複数の画素電極が配置され、前記複数の画素電極に異なる駆動電圧が印加されることにより、照射される光を位相変調して前記光の波面を変化させる画素領域、及び、前記画素領域により位相変調された前記光の漏れ光を受光して受光信号を生成する受光部を有する液晶素子と、
所定の周波数における前記受光信号を解析する信号解析部と、
前記信号解析部による解析結果に基づいて、前記液晶素子を制御する制御部と、
を備える位相変調装置。
A pixel region in which a plurality of pixel electrodes are arranged and different drive voltages are applied to the plurality of pixel electrodes to phase-modulate the emitted light to change the wavefront of the light, and a phase of the pixel region A liquid crystal element having a light receiving section that receives the leaked light of the modulated light and generates a light receiving signal;
A signal analysis unit that analyzes the received light signal at a predetermined frequency,
Based on the analysis result by the signal analysis unit, a control unit for controlling the liquid crystal element,
A phase modulation device comprising.
前記信号解析部は、前記受光信号を周波数成分に変換し、第1の周波数における前記受光信号の振幅と前記第1の周波数の周辺の周波数における前記受光信号の振幅との差分を取得し、前記差分が第1の閾値以上であるか否かを判定し、
前記差分が前記第1の閾値以上であると判定された場合に、前記制御部は、前記差分が小さくなるように前記液晶素子を制御する
請求項1に記載の位相変調装置。
The signal analysis unit converts the received light signal into a frequency component, obtains a difference between an amplitude of the received light signal at a first frequency and an amplitude of the received light signal at a frequency around the first frequency, and Determine whether the difference is greater than or equal to a first threshold,
The phase modulation device according to claim 1, wherein, when it is determined that the difference is equal to or larger than the first threshold value, the control unit controls the liquid crystal element so that the difference becomes smaller.
前記信号解析部は、第2の周波数における前記受光信号の振幅が第2の閾値以上であるか否かを判定し、前記受光信号の振幅が前記第2の閾値以上であると判定された場合に、前記差分を取得する
請求項2に記載の位相変調装置。
The signal analysis unit determines whether or not the amplitude of the received light signal at a second frequency is equal to or higher than a second threshold value, and when it is determined that the amplitude of the received light signal is equal to or higher than the second threshold value. The phase modulator according to claim 2, wherein the difference is acquired.
前記液晶素子は、
前記画素領域を有する駆動基板と、
前記複数の画素電極と対向する対向電極を有する透明基板と、
前記駆動基板と前記透明基板との間隙に充填されている液晶と、
を有し、
前記制御部には、前記光の波面を変化させるための画像データが入力され、
前記第1の周波数は、前記画像データのフレーム周波数、及び、前記液晶に印加される電圧の方向が正転と反転とを交互に繰り返す正反転駆動における正反転周波数の少なくともいずれかの周波数に設定されている
請求項2または3に記載の位相変調装置。
The liquid crystal element,
A drive substrate having the pixel region;
A transparent substrate having a counter electrode facing the plurality of pixel electrodes;
A liquid crystal filled in a gap between the drive substrate and the transparent substrate,
Have
Image data for changing the wavefront of the light is input to the control unit,
The first frequency is set to at least one of a frame frequency of the image data and a forward/reverse frequency in forward/reverse driving in which the direction of the voltage applied to the liquid crystal alternately repeats forward and reverse. The phase modulation device according to claim 2 or 3.
複数の画素電極が配置されている画素領域を有する液晶素子が、前記複数の画素電極に異なる駆動電圧が印加されることにより、照射される光を位相変調して前記光の波面を変化させ、
受光部が、前記液晶素子によって位相変調された前記光の漏れ光を受光して受光信号を生成し、
信号解析部が、所定の周波数における前記受光信号を解析し、
制御部が、前記信号解析部による解析結果に基づいて、前記液晶素子を制御する
位相変調方法。
A liquid crystal element having a pixel region in which a plurality of pixel electrodes are arranged, by applying different drive voltages to the plurality of pixel electrodes, phase modulates the emitted light to change the wavefront of the light,
The light receiving section receives the leaked light of the light phase-modulated by the liquid crystal element to generate a light receiving signal,
The signal analysis unit analyzes the received light signal at a predetermined frequency,
A phase modulation method in which a control unit controls the liquid crystal element based on an analysis result by the signal analysis unit.
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