JP2717606B2

JP2717606B2 - 強誘電性液晶空間光変調装置

Info

Publication number: JP2717606B2
Application number: JP4162188A
Authority: JP
Inventors: 祐二小林; 成浩吉田; 直久向坂; 輝成堀; 誠治福島
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK; Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK; Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1992-05-27
Filing date: 1992-05-27
Publication date: 1998-02-18
Anticipated expiration: 2013-02-18
Also published as: JPH05333364A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、空間光変調装置、より
詳しくは、強誘電性液晶空間光変調装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】空間光変調装置とは、情報を２次元ある
いは１次元の並列光情報として処理するデバイスであ
る。かかる空間光変調装置は、空間光変調素子と、これ
に駆動電圧を印加するための駆動電源を備えている。空
間光変調素子は、アドレス材料層と光変調材料層からな
るものである。駆動電源が空間光変調素子に駆動電圧を
印加している間に、パターン情報がアドレス材料に入力
されると、光変調材料層の光学的特性が該パターン情報
に応じて変化する。この結果、該パターン情報が空間光
変調素子に書き込まれる。また、読みだし光を該光変調
材料層に照射すると、該読みだし光は該光変調材料の光
学的特性に応じた変調をうけ出射する。この結果、該パ
ターン情報の読みだしが行われる。

【０００３】かかる空間光変調装置には、駆動電源が直
流の駆動電圧を印加するタイプのものがある。たとえ
ば、ある種の液晶空間光変調装置（ＬＣＬＶ）やＢＳＯ
空間光変調装置（ＰＲＯＭ）、ＭＳＬＭ（Microchannel
Spatial Light Modulator）等である。そして、該液晶
空間光変調装置の一つに、強誘電性液晶空間光変調装置
がある。

【０００４】平成２年公開特許公報第２８９８２７号
は、図８Ａに示すような強誘電性液晶空間光変調装置を
提案している。該強誘電性液晶空間光変調装置は、強誘
電性液晶空間光変調素子（以下、「ＦＬＣＳＬＭ」とい
う）１と、該ＦＬＣＳＬＭ１を直流電圧の制御パルスで
駆動するための駆動電源２とからなる。該ＦＬＣＳＬＭ
１では、光変調材料層である強誘電性液晶層（以下、
「液晶層」という）１Ｆが、一対の配向層１Ｅと１Ｇの
間に設けられている。該配向層１Ｅの該液晶層１Ｆと反
対の側には、誘電体ミラー１Ｄと、アドレス材料層とし
てのアモルファスシリコン層（以下、「α−Ｓｉ層」と
いう）１Ｃと、書き込み側透明電極（以下、「電極」と
いう）１Ｂと、ガラス層１Ａが設けられている。また、
該配向層１Ｇの該液晶層１Ｆと反対の側には、読み出し
側透明電極（以下、「電極」という）１Ｈと、ガラス層
１Ｉとが設けられている。該液晶層１Ｆはカイラルスメ
クチックＣ（Ｓ_c ^*）液晶である。また、該α−Ｓｉ層１
Ｃは光伝導体層である。かかる構成の強誘電性液晶空間
光変調装置２０においては、パターン情報は、該ＦＬＣ
ＳＬＭ１の書き込み側面に書き込み光として入射し、読
みだし光は読みだし側面に入射する。

【０００５】駆動電源２は、該ＦＬＣＳＬＭ１の該一対
の電極１Ｂと１Ｈの間に、書き込み用の直流駆動電圧パ
ルス（以下、「書き込み駆動電圧」という）Ｖ_wと消去
用の直流駆動電圧パルス（以下、「消去駆動電圧」とい
う）Ｖ_eを、相等しいパルス時間τだけ印加する。な
お、書き込み駆動電圧Ｖ_wと消去駆動電圧Ｖ_eとは、その
極性が反対である。駆動電源２はまた、書き込み駆動電
圧を印加する直前に、書き込み用直流補償電圧パルス
（以下、「書き込み補償電圧」という）Ｖ_wcを、該パル
ス時間τだけ印加する。書き込み補償電圧Ｖ_wcは、書き
込み駆動電圧Ｖ_wとは極性が反対だが絶対値が等しい。
駆動電源２はさらに、消去駆動電圧を印加する直前に、
消去用直流補償電圧パルス（以下、「消去補償電圧」と
いう）Ｖ_ecを、該パルス時間τだけ印加する。消去補償
電圧Ｖ_ecは、消去駆動電圧Ｖ_eとは極性が反対だが絶対
値が等しい。

【０００６】上記構成の空間光変調装置２０に、２次元
のパターン情報を記録する際には、図８Ｂに示すよう
に、まず、消去用の一様光パルスを、ＦＬＣＳＬＭの書
き込み面全体に照射させる。これと同期して、駆動電源
２が、消去補償電圧Ｖ_ecと消去駆動電圧Ｖ_eをこの順で
該ＦＬＣＳＬＭ１に印加する。該一様光パルスが照射さ
れているα−Ｓｉ層１Ｃ全体が低抵抗となるため、液晶
層１Ｆ全体には、該電圧Ｖ_ec及びＶ_eとそれぞれ極性の
等しい高電圧Ｖ_fec及びＶ_feがかかることになる。そし
て、消去駆動電圧Ｖ_eの印加が終了する時には、電圧Ｖ
_feの絶対値と該パルス幅τとの積が、液晶材料に固有の
あるしきい値ｃ以上となる。したがって、この時には、
液晶層１Ｆ内の全部の液晶分子が、その自発分極Ｐが電
圧Ｖ_fe（つまり、消去駆動電圧Ｖ_e）の極性の方向に向
くように一様に揃っている。つまり、液晶層に既に記録
されていたパターンが消去されている。（以下、上記動
作を、「消去動作Ｅ」という。）次に、２次元パターン
の書き込み光パルスを書き込み面に照射させる。これと
同期して、駆動電源２が、書き込み補償電圧Ｖ_wcと書き
込み駆動電圧Ｖ_wを、この順で該ＦＬＣＳＬＭ１に印加
する。α−Ｓｉ層では、該２次元パターン光の明部が照
射された部分のみが低抵抗となっている。このため、液
晶層にかかる電圧Ｖ_fwc及びＶ_fwは、該パターン光の明
部に対応した部分のみが高電圧となる。したがって、書
き込み駆動電圧Ｖ_wの印加が終了する時には、液晶層の
うち該パターンの明部に対応した領域のみにおいて、電
圧Ｖ_fwの絶対値と該パルス幅τとの積が該しきい値ｃ以
上となっている。したがって、この時には、該明部に対
応した領域のみの液晶分子が、その自発分極Ｐが電圧Ｖ
_fw（つまり、書き込み駆動電圧Ｖ_w）の極性の方向に向
くように反転している。つまり、液晶層に該２次元パタ
ーンが記録されている。（以下、上記動作を、「書き込
み動作Ｗ」という。）液晶層１Ｆはメモリー性を有する
ため、書き込み駆動電圧Ｖ_wの印加を終了した後も、液
晶分子の配列状態はそのままの状態に維持される。した
がって、かかる書き込み動作の後に該読みだし面を介し
て該液晶層１Ｆ内に入射した読みだし光は、該液晶の配
列状態（つまり、該２次元パターン）に応じた変調をう
け、再び、該読みだし面から出射する。このようにし
て、該記録された２次元パターンの読みだしが行われ
る。（以下、上記動作を、「読みだし動作Ｒ」とい
う。）

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかして、本発明者ら
は、上記従来の強誘電性液晶空間光変調装置で、上記従
来の消去動作Ｅ・書き込み動作Ｗ・読みだし動作Ｒから
なる制御動作Ｓを、図８Ｂに示すごとく複数回繰り返し
行っていくと、以下のような問題点が生じることを発見
した。すなわち、該制御動作Ｓを繰り返していくにした
がい、各制御動作の読みだし動作で得られる読みだしパ
ターンの解像度が、次第に低下していってしまうのであ
る。これは、制御動作Ｓを繰り返し行っていくにつれ、
書き込み動作Ｗにおいてパターンが適切に書き込まれな
くなっていくためと考えられる。

【０００８】本発明は上記問題点に鑑みてなされたもの
であり、その目的は、空間光変調素子の解像度を良好に
保ったまま、制御動作（書き込み動作）を複数回繰り返
し行うことができる空間光変調装置を提供することにあ
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の空間光変調装置においては、空間光変調素
子に対し該制御動作Ｓを複数回繰り返し行う場合は、各
制御動作Ｓで印加する電圧の極性を、各制御動作毎に、
あるいは、制御動作の１回または複数回おきに、反転さ
せることとした。

【００１０】すなわち、本発明の強誘電性液晶空間光変
調装置は、既に記録されているパターンの少なくとも一
部を消去用直流電圧印加中に入射した一様光により消去
し、書き込み用直流電圧印加中に入射した書き込み光の
パターン情報を記録し、該パターン情報を読み出し光に
より読み出すための強誘電性液晶空間光変調素子と、該
強誘電性液晶空間光変調素子に対し既に記録されている
パターンの少なくとも一部を一様光により消去した後書
き込み光のパターン情報を記録するパターン記録動作を
複数回繰り返し行う際、該消去用直流電圧及び該書き込
み用直流電圧の極性を各パターン記録動作毎に反転させ
ながら該強誘電性液晶空間光変調素子に印加するための
駆動電源とを、備えている。

【００１１】

【作用】上記構成を有する本発明の強誘電性液晶空間光
変調装置においては、該駆動電源は、該強誘電性液晶空
間光変調素子に消去用直流電圧を印加して、すでに記録
されているパターン情報の少なくとも一部を一様光によ
り消去し、その後、該強誘電性液晶空間光変調素子に書
き込み用直流電圧を印加してパターン光を書き込むこと
で、パターン情報の記録動作を行う。強誘電性液晶空間
光変調装置がかかるパターン情報記録動作を繰り返し行
う場合には、該駆動電源は、各パターン記録動作毎に、
消去用直流電圧及び書き込み用直流電圧の極性を反転さ
せながらこれらを印加する。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照しながら
説明する。

【００１３】図１Ａに示すように、本発明の実施例にか
かる強誘電性液晶空間光変調装置１０は、ＦＬＣＳＬＭ
（強誘電性液晶空間光変調素子）１と駆動電源２の他
に、該駆動電源２に接続された極性反転コントローラ３
をも備えている。該極性反転コントローラ３は、駆動電
源２がＦＬＣＳＬＭ１に印加する書き込み駆動電圧
Ｖ_w、書き込み補償電圧Ｖ_wc、消去駆動電圧Ｖ_e、及び、
消去補償電圧Ｖ_ecの極性を、制御動作Ｓの周期Ｔ_sにし
たがって、反転制御させるためのものである。なお、本
発明の実施例で用いるＦＬＣＳＬＭ１は、図８Ａに示し
たＦＬＣＳＬＭ１とほぼ同様のものであり、ガラス層１
Ｉの上に反射防止膜１Ｊが設けられている点、及び、ス
ペーサの代わりにエポキシを用いた点以外は同じであ
る。

【００１４】図１Ｂは、図１Ａに示す強誘電性液晶空間
光変調装置１０の、本発明にかかる制御動作方法を示す
タイミングチャートである。本発明によれば、図８Ｂに
示す制御動作方法と異なり、極性反転コントローラ３の
動作により、各制御動作Ｓ毎に、Ｖ_w、Ｖ_wc、Ｖ_e、及
び、Ｖ_ecの極性を、交互に反転させている。すなわち、
駆動電源２は、各制御動作Ｓにおいて、Ｖ_w、Ｖ_wc、
Ｖ_e、及び、Ｖ_ecを、その絶対値を一定に保ったままそ
の極性のみを反転させながら印加する。

【００１５】本発明では、かかる動作方法を採用したた
め、従来とは異なり以下のような優れた効果が得られる
と考えられる。（１）ＦＬＣＳＬＭ１のα−Ｓｉ層１Ｃの特性（具体的
には、電荷の移動状態）が、印加される電圧の極性によ
って異なることは、従来より知られていた。電荷の移動
状態の相違は、α−Ｓｉ層中に電荷を蓄積させる。そし
て、かかる蓄積電荷は、既述の電圧Ｖ_fw及びＶ_feが液晶
層１Ｆに適切にかかるのを阻害し、書き込み及び消去動
作の障害になる。そこで、従来より、駆動電圧Ｖ_w及び
Ｖ_eを印加する直前に、極性が逆の補償電圧Ｖ_wc及びＶ
_ecを同一時間だけ印加していた。互いに逆の極性を有す
る電圧の印加時間のバランスを保つことにより、α−Ｓ
ｉ層に電荷が蓄積するのを防止するためである。しかし
ながら、従来の動作方法で制御動作Ｓを複数回繰り返し
行っていく場合には、該補償電圧を印加しているにもか
かわらず、電圧の極性のバランスが次第に崩れ、電荷が
徐々に蓄積していってしまうと、考えられる。しかしな
がら、本発明の動作方法によれば、制御動作Ｓ毎に、印
加する全ての電圧Ｖ_w、Ｖ_e、Ｖ_wc、Ｖ_ecの極性を反転さ
せる。したがって、制御動作Ｓを複数回繰り返し行って
いっても、α−Ｓｉ層にかかる電圧の極性のバランスが
崩れることがなく、電荷の蓄積を防止できると、考えら
れる。（２）また、従来の動作方法によれば、読みだし動作Ｒ
の期間Ｔ_r中、該液晶分子の自発分極Ｐは、所定の方向
に向き続ける。すなわち、書き込みパターン光のうち明
部に対応する液晶分子のそれは、書き込み駆動電圧Ｖ_w
の極性の方向に向き続け、暗部に対応する液晶分子のそ
れは、消去駆動電圧Ｖ_eの極性の方向に向き続ける。こ
のため、配向層１Ｅ・１Ｇ、ミラー層１Ｄ，及び、α−
Ｓｉ層１Ｃ内では、該自発分極Ｐの方向に沿って、電荷
の移動や拡散が行われる。したがって、同一のパターン
に対して該制御動作Ｓを複数回繰り返し行うと、各読み
だし期間で電荷が常に同一の方向に移動してしまう。こ
のため、該制御動作Ｓを多数回繰り返した後には、電荷
が一定の位置へ蓄積され、該蓄積された電荷が該液晶層
への電圧Ｖ_fw及びＶ_feの印加を阻害する、と考えられ
る。しかしながら、本発明の動作方法によれば、制御動
作毎に、駆動電圧Ｖ_w、Ｖ_eの極性が反転するので、各制
御動作の読みだし期間毎に、電荷の移動方向も反転す
る。したがって、制御動作を繰り返し行っていっても、
電荷が蓄積されることがないと、考えられる。以上のように、本発明の動作方法によれば、従来の動作
方法と異なり、配向層１Ｅ・１Ｇ、ミラー層１Ｄ、及
び、α−Ｓｉ層１Ｃへの電荷の蓄積を抑制することがで
きる。したがって、制御動作Ｓを繰り返し行っても、消
去及び書き込み動作を適切に行うことができるため、書
き込みパターン（ひいては読み出しパターン）の解像度
を良好に保つことができる、という効果が得られる。

【００１６】なお、図１Ｂに示すように、本発明におけ
る制御動作方法においては、従来の方法と異なり、読み
だし動作Ｒの期間Ｔ_r内のみ、読みだし光を空間光変調
素子１の読みだし側面に入射させている。これは、書き
込み動作Ｗの期間Ｔ_w中に、読みだし光がα−Ｓｉ層１
Ｃ内に漏れてしまうことを防ぎ、書き込みパターンのコ
ントラストの劣化を防止するためである。また、本発明
の制御動作方法では、消去動作終了時点から書き込み動
作開始時点までの間に、期間Ｔ_qを設定している。該期
間Ｔ_qは、読みだし動作期間Ｔ_rに比べて非常に短い。読
みだし動作Ｒにおいて該読みだし動作期間Ｔ_rを長くと
っているのは、ＦＬＣＳＬＭから出射した読みだし光の
光強度をなるべく大きくする必要があるからである。さ
らに、本発明では、該電圧Ｖ_w、Ｖ_wc、Ｖ_e、及び、Ｖ_ec
の絶対値や、その印加時間τ_w、τ_wc（＝τ_w）、τ_e、
及び、τ_ec（＝τ_e）を、強誘電性液晶空間光変調装置
１０の用途に応じて任意に選択することができる。

【００１７】本発明者らは、本発明の強誘電性液晶空間
光変調装置１０を、上記動作方法により動作させる場合
に、その書き込み解像度がどのように変化していくかを
測定する実験をおこなった。

【００１８】図２は、その測定実験に用いた測定装置の
光学系統図である。該測定装置は、空間光変調装置１０
のＦＬＣＳＬＭ１の書き込み側面に消去用一様光と干渉
縞パターン光を照射するためのマッハツェンダー干渉系
１０１と、該ＦＬＣＳＬＭの読みだし側面に読みだし光
を照射させるための読みだし光学系１０２と、ＦＬＣＳ
ＬＭで変調され出射した読みだし光を空間的にフーリエ
変換するためのフーリエ変換レンズ１０３と、フーリエ
変換により該レンズの像側焦点面上に結像される複数の
回折光光点のうち１次回折光光点または２次回折光光点
の光強度を検出するための検出系１０４からなる。

【００１９】マッハツェンダー干渉系１０１は、２枚の
平面ミラー１０１Ｍ、１０１Ｍ’と、２枚の平面ハーフ
ミラー１０１ＨＭ、１０１ＨＭ’からなり、ハーフミラ
ー１０１ＨＭからミラー１０１Ｍを経てハーフミラー１
０１ＨＭ’に到る光路長Ａと、ハーフミラー１０１ＨＭ
からミラー１０１Ｍ’を経てハーフミラー１０１ＨＭ’
に到る光路長Ｂとが、互いに等しくなるように配置され
ている。ミラー１００からマッハツェンダー干渉系１０
１に入射する書き込み光は、ハーフミラー１０１ＨＭ
で、二の光ビームに分割され、それぞれ、ミラー１０１
Ｍ及びミラー１０１Ｍ’を経てハーフミラー１０１Ｈ
Ｍ’に達する。ハーフミラー１０１ＨＭ’をハーフミラ
ー１０１ＨＭ’に対して一定の角度だけ傾けた場合に
は、書き込み光は、該ＦＬＣＳＬＭの書き込み側面に、
一定の干渉縞を形成する。したがって、ＦＬＣＳＬＭに
書き込み補償電圧Ｖ_wcと書き込み駆動電圧Ｖ_wを印加し
ている間、ハーフミラー１０１ＨＭ’をハーフミラー１
０１ＨＭに対して一定の角度だけ傾け干渉縞パターンを
書き込み側面に照射することにより、書き込み動作Ｗを
行わせることができる。なお、消去動作Ｅは、ＦＬＣＳ
ＬＭに消去補償電圧Ｖ_ecと消去駆動電圧Ｖ_eを印加して
いる間、図示しないＬＥＤ光をＦＬＣＳＬＭの書き込み
側面に一様に照射することにより、行うことができる。

【００２０】読みだし光学系１０２は、読みだし光光源
としてのＨｅ−Ｎｅレーザ装置１０２Ｈと、該レーザ装
置からの読みだし光のビーム径を所望の値に変換するた
めのビーム径変換光学系１０２Ｂと、ハーフミラー１０
２ＨＭからなる。なお、該ビーム径変換光学系１０２Ｂ
は、第一及び第二のコリメータレンズ１０２Ｌ、１０２
Ｌ’と、その間に設けられたスペイシャルフィルタ１０
２Ｆからなる。また、検出系１０４は、ミラー１０４Ｍ
と、１次回折光光点または２次回折光光点の光量を検出
するためのフォトディテクタ１０４Ｄと、１次回折光光
点または２次回折光光点のみをフォトディテクタ１０４
Ｄに入射させるためのアパーチャ１０４Ａからなる。

【００２１】干渉縞が記録されたＦＬＣＳＬＭの液晶層
１Ｆは、読みだし側面から入射する読みだし光に対して
位相回折格子として機能する。すなわち、液晶層１Ｆ
は、記録された干渉縞の明縞のエッジ部において、読み
だし光を回折することによりその位相を変調する。かか
る位相変調を受けた読みだし光は、ＦＬＣＳＬＭの読み
だし側面から出射し、フーリエ変換レンズ１０３に到
る。該フーリエ変換レンズ１０３は、該読みだし光を空
間的にフーリエ変換し、その像側焦点面上に、複数の回
折光光点を結像する。該形成された複数の回折光光点
は、該縞パターンの縞の並ぶ方向（縞の延びる方向に垂
直な方向）と平行な方向に、該干渉縞パターンの縞間隔
（該縞の並ぶ方向における縞の間隔）と一定の関係にあ
る間隔で並ぶ。該干渉縞の縞間隔はハーフミラー１０１
ＨＭ’の傾き角度より決まるため、該回折光光点の位置
も決まってくる。そこで、該アパーチャ１０４Ａを、複
数の回折光光点のうち１次または２次の回折光光点のみ
がフォトディテクタ１０４Ｄに到達するような位置に設
けることにより、１次または２次の回折光光点の強度の
測定を行う。

【００２２】ＦＬＣＳＬＭの液晶層に、干渉縞パターン
の明縞のエッジ部が明瞭に記録されている場合、すなわ
ち、ＦＬＣＳＬＭのコントラストが高い場合には、該エ
ッジ部における回折効率が高くなるので、形成される回
折光光点の光強度が高くなる。一方、干渉縞パターンの
エッジ部が不明瞭でコントラストが低い場合には、回折
効率が低くなり、回折光光点の光強度は低くなる。した
がって、フォトディテクタ１０４Ｄの検出結果により、
ＦＬＣＳＬＭのコントラストの状態を測定することがで
きる。

【００２３】上記構成の測定装置において、図３Ａに示
すような本発明の動作方法で空間光変調装置１０を制御
し、１次回折光強度を検出していった。すなわち、図１
Ｂの方法と同様に、印加電圧Ｖ_wc、Ｖ_w、Ｖ_e、Ｖ_ecの極
性を繰り返し反転させながら、各制御動作Ｓをおこなっ
た。ここで、印加電圧Ｖ_wc、Ｖ_w、Ｖ_e、Ｖ_ecの絶対値を
すべて６［Ｖ］に、印加時間τ_wc、τ_w、τ_e、τ_ecをす
べて５００［μｓ］に、消去動作Ｅの終了時点から書き
込み動作開始時点までの時間Ｔ_qを５０［μｓ］に、読
みだし期間Ｔ_rを２０００［μｓ］にとった。したがっ
て、消去動作Ｅ、書き込み動作Ｗ、及び、読みだし動作
Ｒからなる一の制御動作Ｓにかかる時間Ｔ_sは、およそ
４［ｍｓ］であった。かかる制御動作Ｓを繰り返すにつ
れ、１次回折光強度がいかに変化していったかを示した
のが図３Ｂである。また、以上と同一の方法で２次回折
光強度の測定もおこなった。この結果も、図３Ｂに重ね
て示した。図３Ｂから明かなように、制御動作Ｓを繰り
返しおこなっても、１次回折光強度も２次回折光強度も
いずれも減少しなかった。たとえば、制御動作Ｓを約４
２５０回繰り返した（動作開始から１７［ｓ］たった）
時点でも、回折光強度はほとんど減少しなかった。な
お、図３Ａより明かなように、読みだし光は、読みだし
期間Ｔ_rのみ照射される。したがって、フォトディテク
タ１０４Ｄも、該読みだし期間中だけ読みだし光光量を
検出したはずである。しかしながら、ＦＬＣＳＬＭの動
作速度がきわめて早いために、フォトディテクタ１０４
Ｄはその動作に追従できず、図３Ｂに示すように、検出
された回折光強度は、消去動作期間Ｔ_eや書き込み動作
期間Ｔ_wにも０にはなっていない。

【００２４】次に、比較のために、図４Ａに示すような
動作方法で強誘電性液晶空間光変調装置１０を動作させ
ながら、測定を行った。すなわち、従来の動作方法と同
様に、印加電圧の極性を一定に保ったまま各制御動作Ｓ
を行う以外は、上記図３Ａの制御方法と同一の条件で、
空間光変調装置１０を制御し測定を行った。この測定の
結果得られた１次回折光強度の変化する様子を示したの
が、図４Ｂである。この図から明かなように、従来のよ
うに印加電圧の極性を一定に保ったまま制御動作を繰り
返していくと、回折光強度は次第に減少していった。す
なわち、制御動作Ｓを約４２５０回繰り返した時点（動
作開始から１７［ｓ］たった時点）で、回折光強度は、
測定開始時点で得られた回折光強度の約半分になった。

【００２５】図３Ｂ及び４Ｂの実験結果を比較してみれ
ば明かなように、本発明のように印加電圧の極性を反転
させながら制御動作を繰り返すことにより、解像度を良
好に保ちつつパターンの書き込みを行い続けることがで
きることが、確かめられた。

【００２６】以下、図１Ａの本実施例の強誘電性液晶空
間光変調装置１０、及び、図１Ｂの制御方法の応用例を
説明する。

【００２７】図５Ａは、強誘電性液晶空間光変調装置１
０をインコヒーレント−コヒーレント変換装置（以下、
「ＩＣＴＤ」という）として利用する場合の構成を示
し、図５Ｂは、この場合に採用すべき本発明の制御方法
の応用例を示すタイミングチャートである。ここで、Ｉ
ＣＴＤとは、インコヒーレント光のパターンをコヒーレ
ント光のパターンに変換する装置である。空間光変調装
置１０をＩＣＴＤとして利用する場合には、図５Ａに示
すように、インコヒーレント光の書き込みパターンをＦ
ＬＣＳＬＭ１の書き込み側面に入射させる。そして、コ
ヒーレントな読みだし光Ｌ_rを読みだし側面に入射させ
る。具体的には、たとえば、読みだし光を偏光子２０１
で直線偏光にした後ＦＬＣＳＬＭに入射させ、出射した
読みだし光を検光子２０２に通すように構成すれば良
い。この場合、該液晶層１Ｆ内に入射した読みだし光の
偏光面は、液晶層１Ｆ内で、液晶分子の配列状態に依存
した回転角度量だけ回転するため、該検光子を通して得
られる読みだし光は、該書き込み光パターンと同一の強
度分布を有することになる。なお、かかるＩＣＴＤとし
て空間光変調装置１０を利用する場合には、たとえば、
電圧Ｖ_w、Ｖ_wc、Ｖ_e、及び、Ｖ_ecの絶対値を互いに等し
くし、また、その印加時間τ_w、τ_wc（＝τ_w）、τ_e、
及び、τ_ec（＝τ_e）も互いに等しい値τにすれば良
い。

【００２８】空間光変調装置１０を上記機能を有するＩ
ＣＴＤとして利用する場合、書き込み駆動電圧Ｖ_wの極
性が反転すると、得られる読みだしパターンが反転して
しまう。たとえば、電圧Ｖ_wが正の場合に得られる読み
だしパターンをポジパターンとすると、電圧Ｖ_wが負の
場合には、ネガパターンが得られてしまう。そこで、図
５Ｂに示すように、制御動作Ｓに対して読みだし動作Ｒ
を一つおきに行えば、ポジパターン（またはネガパター
ン）のみを繰り返し得ることができる。

【００２９】図６Ａは、強誘電性液晶空間光変調装置１
０をスペックル法に利用する場合の構成を示し、図６Ｂ
は、この場合に採用すべき本発明の制御方法の応用例を
示すタイミングチャートである。空間光変調装置１０を
スペックル法に利用する場合には、図６Ａに示すよう
に、移動・変形等変位する物体３０１に、レーザダイオ
ード（ＬＤ）３０２等により、ある時間間隔Δｔをおい
て２回、コヒーレント光を照射する。該二回の照射光が
物体の粗面等で拡散反射して形成する二のスペックルパ
ターン（以下、「スペックルパターン１及び２」とい
う）を、ＦＬＣＳＬＭ１に二重記録する。このＦＬＣＳ
ＬＭに、Ｈｅ−Ｎｅレーザ装置３０３からの読みだし光
をＦＬＣＳＬＭに照射する。ここで、ＦＬＣＳＬＭの液
晶層１Ｆは、そのスペックルパターン１及び２の明斑点
部と暗部の境のエッジ部で該読みだし光を回折させる位
相回折格子として機能する。したがって、該液晶層１Ｆ
内で位相変調された読みだし光を、フーリエ変換レンズ
３０４で空間的にフーリエ変換すると、その像側焦点面
上に、該スペックルパターン１及び２の相関に対応した
干渉縞が得られる。そこで、かかる干渉縞の状態を検出
することにより、スペックルパターン１及び２の相関、
ひいては、該物体の該時間間隔Δｔにおける移動量Ｓと
移動速度Ｖ（＝Ｓ／Δｔ）を求めることができる。な
お、ＦＬＣＳＬＭに記録されたスペックルパターンを消
去するための消去動作Ｅにおいては、発光ダイオード
（ＬＥＤ）３０５により一様な光をＦＬＣＳＬＭに照射
しつつ、電圧Ｖ_ec、Ｖ_eを印加する。

【００３０】空間光変調装置１０をスペックル法に利用
する場合には、図６Ｂに示すように、書き込み駆動電圧
Ｖ_wの印加中に、コヒーレント光を２回該物体３０１に
照射させ、該スペックルパターン１及び２をＦＬＣＳＬ
Ｍに記録するようにすれば良い。なお、図に示すよう
に、補償電圧Ｖ_wc印加中にもかかるコヒーレント光の照
射を行い、解像度の劣化の防止が図られている。なお、
スペックル法に空間光変調装置１０を利用する場合に
は、たとえば、電圧Ｖ_w、Ｖ_wc、Ｖ_e、及び、Ｖ_ecの絶対
値を互いに等しくし、また、その印加時間τ_w、τ
_wc（＝τ_w）、τ_e、及び、τ_ec（＝τ_e）も互いに等し
い値τにすれば良い。ところで、スペックル法において
は、既述のように、液晶層に記録されたスペックルパタ
ーンの明斑点部の暗領域とのエッジ部で、読みだし光を
回折変調している。したがって、該電圧Ｖ_wの極性が正
の制御動作Ｓでも負の制御動作Ｓでも、読みだし動作Ｒ
を行い、読みだし光の回折変調を行わせることができ
る。したがって、物体の速度の時間的変化状態を、制御
動作Ｓの時間Ｔ_sのサイクルで測定することができる。

【００３１】図７は、強誘電性液晶空間光変調装置１０
を図６Ａのようにスペックル法に利用する場合の、本発
明の制御方法の他の応用例を示すタイミングチャートで
ある。既述の図３Ｂ、５Ｂ、及び、６Ｂを参照して説明
した動作方法においては、ある回ｉの制御動作Ｓ_i（ｉ
＝１、２、・・・）の書き込み動作Ｗ_iで書き込まれた
パターンは、次回ｉ＋１の制御動作Ｓ_i+1の消去動作Ｅ
_i+1により完全に消去される。そして、該制御動作Ｓ_i+1
の書き込み動作Ｗ_i+1で、新たなパターンが書き込まれ
る。しかし、図７の動作方法においては、書き込み駆動
電圧絶対値｜Ｖ_w｜とその印加時間τ_wを、消去駆動電圧
絶対値｜Ｖ_e｜とその印加時間τ_eに対し、適当な値に選
ぶことにより、ある回ｉの制御動作Ｓ_iの書き込み動作
Ｗ_iで書き込まれたパターンＰ_iが、次回ｉ＋１の制御動
作Ｓ_i+1の消去動作Ｅ_i+1では完全には消去されず、その
次の回ｉ＋２の制御動作Ｓ_i+2の消去動作Ｅ_i+2によりは
じめて完全に消去されるようにしている。したがって、
該ｉ＋１回目の制御動作Ｓ_i+1の書き込み動作Ｗ_i+1でパ
ターンＰ_i+1が書き込まれると、ＦＬＣＳＬＭ１には、
パターンＰ_iとパターンＰ_i+1とが二重記録されることに
なる。（なお、｜Ｖ_wc｜＝｜Ｖ_w｜、τ_wc＝τ_w、｜Ｖ_ec
｜＝｜Ｖ_e｜、τ_ec＝τ_eである。）したがって、図７に
示すように、時刻ｔ_iにおいて電圧Ｖ_wcとＶ_wを印加する
のと同時に、レーザダイオード３０２にて物体を照射し
て、ＦＬＣＳＬＭにスペックルパターンＰ_iを書き込
む。時刻ｔ_i+1にて、再び、電圧Ｖ_wcとＶ_wを印加しつ
つ、レーザダイオードにて物体を照射して、スペックル
パターンＰ_i+1をＦＬＣＳＬＭに書き込む。したがっ
て、読みだし動作Ｒ_i+1では、スペックルパターンＰ_iと
Ｐ_i+1の相関を測定し、時刻ｔ_i−ｔ_i+1間の物体３０１
の移動状態を演算することができる。同様にして、時刻
ｔ_i+1−ｔ_i+2間、時刻ｔ_i+2−ｔ_i+3間、・・・、時刻ｔ
_n−ｔ_n+1間の物体の移動状態を求めることができるた
め、該物体の移動状態を連続して測定することができ
る。なお、本動作方法においては、ある制御動作Ｓ_iに
て得られたスペックルパターンＰ_iがポジパターンの場
合には、次の制御動作Ｓ_i+1にて得られるスペックルパ
ターンＰ_i+1はネガパターンとなる。しかしながら、ス
ペックル法においては、読みだし光を、スペックルパタ
ーンの明斑点部のエッジ部により回折変調するので、パ
ターンが互いに反転したスペックルパターンＰ_iとＰ_i+1
に対しても、その相関に応じた干渉縞を形成させ該相関
を求めることができるのである。

【００３２】本発明は、上述した実施例の強誘電性液晶
空間光変調装置及びその制御方法に限定されることな
く、本発明の主旨から逸脱することなく、種々の変更が
可能となる。

【００３３】たとえば、上述の実施例は、ＦＬＣＳＬＭ
を採用する強誘電性液晶空間光変調装置にかかるもので
ある。しかし、本発明の空間光変調装置は、ＦＬＣＳＬ
Ｍを採用するものには限られない。本発明は、直流駆動
電圧を印加して動作させる空間光変調素子を採用した空
間光変調装置に、広く適用できる。なぜなら、かかる直
流駆動電圧を印加する空間光変調素子においては、ＦＬ
ＣＳＬＭと同様に、光変調材料層に隣接する層内におけ
る電荷の蓄積が、解像度の劣化をもたらすものと考えら
れるからである。したがって、本発明は、強誘電性液晶
以外の液晶を用いた液晶空間光変調素子（ＬＣＬＶ）や
ＢＳＯ空間光変調素子（ＰＲＯＭ）、ＭＳＬＭ（Microc
hannel Spatial Light Modulator）等を採用した空間光
変調装置に、広く適用することができる。

【００３４】また、本発明の空間光変調装置は、図１Ａ
の構成に限られない。たとえば、駆動電源２が、極性反
転コントローラ３を内蔵していても良い。

【００３５】さらに、上記実施例や応用例においては、
各制御動作Ｓ毎に、印加電圧の極性を交互に反転させて
いった。しかし、本発明は、これに限られない。たとえ
ば、印加電圧極性の反転動作を、制御動作Ｓに対して一
回または複数回おきにおこなうようにしても良い。

【００３６】また、上記応用例では、空間光変調装置を
ＩＣＴＤとして利用する場合、及び、スペックル法に応
用する場合について説明したが、これらの説明より明か
なように、他の目的にも本発明の空間光変調装置及びそ
の動作方法を容易に適用することができる。

【００３７】

【発明の効果】以上詳述したことから明らかなように、
本発明の強誘電性液晶空間光変調装置においては、パタ
ーン情報の記録動作を繰り返し行う際、駆動電源は、各
記録動作毎に、消去用直流電圧及び書き込み用直流電圧
の極性を反転させながらこれを印加する。したがって、
本発明の強誘電性液晶空間光変調装置によれば、強誘電
性液晶空間光変調素子に対しパターン記録動作を複数回
繰り返し行う際、強誘電性液晶空間光変調素子にかかる
電圧の極性は、パターン記録動作毎に変化する。したが
って、強誘電性液晶空間光変調素子内の電荷の蓄積を抑
制することができるため、パターン記録動作を繰り返し
行っていっても、書き込みパターンの解像度が劣化する
のを防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１Ａ】本発明の実施例にかかる強誘電性液晶空間
光変調装置の断面構成図である。

【図１Ｂ】本発明の実施例にかかる強誘電性液晶空間
光変調装置の動作制御方法を示すチミングチャートであ
る。

【図２】強誘電性液晶空間光変調装置の解像度の時間
的変化状態を測定する測定装置の光学系統図である。

【図３Ａ】本発明の強誘電性液晶空間光変調装置の解
像度の時間的変化状態を測定すべくおこなった本発明の
動作制御方法のタイミングチャートである。

【図３Ｂ】図３Ａの動作制御を行った場合の、強誘電
性液晶空間光変調装置の解像度の時間的変化状態の測定
結果を示すグラフである。

【図４Ａ】従来の強誘電性液晶空間光変調装置の解像
度の時間的変化状態を測定すべくおこなった動作制御方
法のタイミングチャートである。

【図４Ｂ】図４Ａの動作制御を行った場合の、強誘電
性液晶空間光変調装置の解像度の時間的変化状態の測定
結果を示すグラフである。

【図５Ａ】本発明の強誘電性液晶空間光変調装置をＩ
ＣＴＤとして利用する場合の光学系統図である。

【図５Ｂ】本発明の強誘電性液晶空間光変調装置をＩ
ＣＴＤとして利用する場合の、本発明の動作制御方法を
示すタイミングチャートである。

【図６Ａ】本発明の強誘電性液晶空間光変調装置をス
ペックル法に利用する場合の光学系統図である。

【図６Ｂ】本発明の強誘電性液晶空間光変調装置をス
ペックル法に利用する場合の、本発明の動作制御方法を
示すタイミングチャートである。

【図７】本発明の強誘電性液晶空間光変調装置をスペ
ックル法に利用する場合の、本発明の他の動作制御方法
を示すタイミングチャートである。

【図８Ａ】従来の強誘電性液晶空間光変調装置の断面
構成図である。

【図８Ｂ】従来の強誘電性液晶空間光変調装置の動作
制御方法を示すチミングチャートである。

【符号の説明】

１ＦＬＣＳＬＭ２駆動電源３極性反転コントローラ１０強誘電性液晶空間光変調装置

フロントページの続き (72)発明者向坂直久静岡県浜松市市野町1126番地の１浜松ホトニクス株式会社内 (72)発明者堀輝成静岡県浜松市市野町1126番地の１浜松ホトニクス株式会社内 (72)発明者福島誠治東京都千代田区内幸町１丁目１番６号日本電信電話株式会社内 (56)参考文献特開平２−289827（ＪＰ，Ａ) 特開平３−200117（ＪＰ，Ａ) 特開平４−119318（ＪＰ，Ａ) 特開昭64−7022（ＪＰ，Ａ) 特開平３−209433（ＪＰ，Ａ) 特開平３−259182（ＪＰ，Ａ) 特開平４−270311（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】既に記録されているパターンの少なくと
も一部を消去用直流電圧印加中に入射した一様光により
消去し、書き込み用直流電圧印加中に入射した書き込み
光のパターン情報を記録し、該パターン情報を読み出し
光により読み出すための強誘電性液晶空間光変調素子
と、該強誘電性液晶空間光変調素子に対し既に記録され
ているパターンの少なくとも一部を一様光により消去し
た後書き込み光のパターン情報を記録するパターン記録
動作を複数回繰り返し行う際、該消去用直流電圧及び該
書き込み用直流電圧の極性を各パターン記録動作毎に反
転させながら該強誘電性液晶空間光変調素子に印加する
ための駆動電源とを備えたことを特徴とする強誘電性液
晶空間光変調装置。