JP3074356B2

JP3074356B2 - 強誘電性液晶空間光変調器の高速駆動方法

Info

Publication number: JP3074356B2
Application number: JP03181316A
Authority: JP
Inventors: 靖幸光岡; 岩城　　忠雄
Original assignee: セイコーインスツルメンツ株式会社
Priority date: 1991-07-22
Filing date: 1991-07-22
Publication date: 2000-08-07
Anticipated expiration: 2015-08-07
Also published as: JPH0527256A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、光情報処理や光計測
の分野において、光変調材料として強誘電性液晶を用い
た光書込型空間光変調器を高速に駆動する方法に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】光情報処理や光計測の分野において、研
究の進展につれて高解像度かつ高速応答性を有する空間
光変調器が必要とされるようになってきている。これま
で、光書込型の空間光変調器としては、光変調材料とし
てＢＳＯ結晶（Ｂｉ₁₂ＳｉＯ₂₀結晶）などの電気光学結
晶を用いたものや、ネマチック液晶を用いた液晶ライト
バルブなどが多く用いられてきた。しかしこれらは、解
像度や高速応答性などの要求を十分にみたしてはいなか
った。そこで近年は、光変調材料として強誘電性液晶を
用いた光書込型の空間光変調器（以下ＦＬＣ−ＯＡＳＬ
Ｍと略す）が開発され、使用され始めている。

【０００３】まず、ＦＬＣ−ＯＡＳＬＭの構造について
述べる。従来のネマチック液晶を用いた液晶ライトバル
ブと異なる点は、液晶層として光透過率または光反射率
と印加電圧の間に明瞭な双安定性を有する強誘電性液晶
を用いていることである。図２は、ＦＬＣ−ＯＡＳＬＭ
の構造を示す断面図である。液晶分子を挟持するための
ガラスやプラスチックなどの透明基板１０１ａ、１０１
ｂは、表面に透明電極層１０２ａ、１０２ｂ、透明基板
の法線方向から７５度から８５度の範囲の角度で一酸化
ケイ素を斜方蒸着した配向膜層１０３ａ、１０３ｂが設
けられている。透明基板１０１ａと１０１ｂはその配向
膜層１０３ａ、１０３ｂ側を、スペーサ１０９を介して
間隙を制御して対向させ、強誘電性液晶層１０４を挟持
するようになっている。また、光による書込側の透明電
極層１０２ａ上には光導電層１０５、遮光層１０６、誘
電体ミラー１０７が配向膜層１０３ａとの間に積層形成
され、書込側の透明基板１０１ａと読出側の透明基板１
０１ｂのセル外面には、無反射コーティング層１０８
ａ、１０８ｂが形成されている。

【０００４】次に、上記構造を持つＦＬＣ−ＯＡＳＬＭ
を初期化する方法を示す。第１の方法は、一度ＦＬＣ−
ＯＡＳＬＭの書込面全面を光照射し、光照射時のしきい
値電圧の最大値よりも十分に高いパルス電圧あるいは直
流バイアス電圧あるいは１００Ｈｚ〜５０ｋＨｚの交流
電圧を重畳した直流バイアス電圧を消去電圧として透明
電極層１０２ａと１０２ｂの間に印加して、強誘電性液
晶分子を一方向の安定状態にそろえ、その状態をメモリ
させる。第２の方法は、光照射なしで、暗時のしきい値
電圧の最大値よりも十分に高いパルス電圧あるいは直流
バイアス電圧あるいは１００Ｈｚ〜５０ｋＨｚの交流電
圧を重畳した直流バイアス電圧を消去電圧として透明電
極層１０２ａと１０２ｂの間に印加して強誘電性液晶分
子を一方向の安定状態にそろえ、その状態をメモリさせ
る。通常、暗時のしきい値電圧の最大値は、光照射時の
それよりも大きくなっている。

【０００５】さらにＦＬＣ−ＯＡＳＬＭを上記のように
初期化した後の動作について示す。暗時にはしきい値電
圧の最大値以下であり、光照射時にはしきい値電圧の最
大値以上となる初期化時とは逆極性のパルス電圧あるい
は直流バイアス電圧あるいは１００Ｈｚ〜５０ｋＨｚの
交流電圧を重畳した直流バイアス電圧を書込電圧として
透明電極層１０２ａと１０２ｂの間に印加しながら、レ
ーザー光などによって画像の光書込みをする。レーザー
照射を受けた領域の光導電層１０５にはキャリアが発生
し、発生したキャリアは印加電圧により電界方向にドリ
フトし、その結果しきい値電圧が下がり、レーザー照射
が行われた領域にはしきい値電圧以上の初期化時とは逆
極性の印加電圧が印加され、強誘電性液晶は自発分極の
反転に伴う分子の反転が起こり、もう一方の安定状態に
移行するので、画像が二値化処理されて記憶される。こ
の記録された画像は、駆動電圧がゼロになっても記録さ
れたままである。

【０００６】このように二値化されて記憶された画像
は、初期化によって揃えられた液晶分子の配列の方向
（またはそれに直角方向）に偏光軸を合わせた直線偏光
の読出光の照射、及び、誘電体ミラー１０７による反射
光の偏光方向に対し、偏光軸が直角（または平行）にな
るように配置された検光子を通すことにより、ポジ状態
またはネガ状態で読出すことができる。検光子として
は、偏光ビームスプリッタが多く用いられる。

【０００７】原理的には上述の方法でＦＬＣ−ＯＡＳＬ
Ｍの初期化と画像の記録が可能であるが、ＦＬＣ−ＯＡ
ＳＬＭの駆動方法としては、図３に示すような駆動電圧
をＦＬＣ−ＯＡＳＬＭに印加することによって、画像の
記録や消去、読出しを行うことが多い。図３は読出側の
透明電極層１０２ａを接地したときのＦＬＣ−ＯＡＳＬ
Ｍに印加される駆動電圧波形の一例である。従来は、書
込光と読出光は、それぞれ常にＦＬＣ−ＯＡＳＬＭの書
込面（光導電層１０５側の面）と読出面（強誘電性液晶
層１０４側の面）を照射しており、ＦＬＣ−ＯＡＳＬＭ
は消去電圧である正のパルス電圧（消去パルス１と呼
ぶ）が印加されることにより初期化され、書込電圧であ
る負のパルス電圧（書込パルス２と呼ぶ）で画像が記録
され、書込パルス２とゼロ電圧３の状態で記録された画
像が読み出されていた。このような方法で駆動すると、
数十Ｈｚから数ｋＨｚ程度の周波数での駆動が可能であ
った。

【０００８】ところで実際には、光反射分離層である誘
電体ミラー１０７や遮光層１０６を有しかつ広い領域で
均一なＦＬＣ−ＯＡＳＬＭを作製することは、まだ困難
であるのが現状であるので、光反射分離層を有さないＦ
ＬＣ−ＯＡＳＬＭが多く使われている。これは、遮光層
１０６や誘電体ミラー１０７をつけることにより、強誘
電性液晶を注入する１〜２μｍ程度のギャップを制御す
ること、および強誘電性液晶の配向を制御することが困
難になることなどが原因である。このようなＦＬＣ−Ｏ
ＡＳＬＭでは、読出光は光導電層１０５の界面で反射さ
れる。光導電層１０５として水素化アモルファスシリコ
ンを用い、読出光の波長が６３３ｎｍである場合、読出
光の反射率は２０％程度になる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような光反射分離層を有さないＦＬＣ−ＯＡＳＬＭで
は、以下に示すような課題があった。誘電体ミラー１０
７や遮光膜１０６がないため書込光と読出光の分離がで
きず、読出光が光導電層１０５に悪影響を及ぼす。さら
に、光反射分離層を有していても、読出光が強すぎるあ
るいは誘電体ミラー１０７や遮光膜１０６の透過率が十
分小さくない場合には、読出光が光導電層１０５に悪影
響を与える。つまり、ＦＬＣ−ＯＡＳＬＭに書込パルス
２が印加されているときに、強い読出光が照射されてい
ると、読出光は書込光と同様に光導電層１０５に作用し
て、従来の技術で述べたと同様に読出光によっても強誘
電性液晶分子の反転が引き起こされる。その結果、記録
したい書込光中の画像が正確にあるいは全く記録されな
くなる。そこで従来はこのことを避けるために、読出光
が光導電層１０５に悪影響を及ぼさない程度の非常に弱
い読出光を用いていた。

【００１０】そのうえ、弱い読出光を使用した場合、読
出光の波長にも依存するが、ＦＬＣ−ＯＡＳＬＭは誘電
体ミラー１０７を有さず読出光の反射率が低いため、実
際に読み出される画像の光強度が非常に小さかった。そ
の結果、読み出した画像を光学的に処理して再び別の空
間光変調器に記録するなどの次ステップの処理を行う場
合に、読み出した画像の光強度が小さすぎて次ステップ
の処理が困難あるいは不可能になる等の課題があった。

【００１１】さらに、読出光の強さによってＦＬＣ−Ｏ
ＡＳＬＭの感度や解像度が大きく変化するなどの、書込
特性が変化するという課題もあった。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
にこの発明は、光変調材料として強誘電性液晶を用いた
光書込型の空間光変調器に対して、前記空間光変調器を
駆動する駆動手段と、前記空間光変調器に画像を書き込
むための書込光を変調する書込光変調手段、あるいは前
記空間光変調器に記録された画像を読み出すための読出
光を変調する読出光変調手段のいずれかあるいは両方
と、前記駆動手段と前記書込光変調手段と前記読出光変
調手段とを同期させる手段とを具備し、前記書込光の照
射時間と前記空間光変調器の書込電圧印加時間とが少な
くとも所定の時間一致しており、前記読出光の照射時間
と前記空間光変調器の書込電圧印加時間とが一致してい
ないようにした。

【００１３】

【作用】上記のように構成された強誘電性液晶空間光変
調器の高速駆動方法においては、レーザーダイオードを
駆動する電流や光変調材料として強誘電性液晶を用いた
液晶シャッターを駆動する電圧を変調する手段など、書
込光あるいは読出光を強度変調する手段によって、前記
空間光変調器の駆動電圧と同期させて書込光や読出光を
強度変調することが可能となった。そのため、たとえ前
記空間光変調器が光反射分離層を有さず書込光と読出光
の分離ができない場合や、あるいは誘電体ミラー１０７
など光反射分離層を有していても、光導電層１０５に影
響を与えるほど読出光が強い場合には、それらの方法で
読出光を変調することにより、前記空間光変調器に書込
電圧が印加されている時間だけ読出光を遮断することが
できる。その結果、前記空間光変調器の光導電層に読出
光が影響を与えて書込特性を悪化させることがなくな
り、強い読出光を用いて高速に画像を読み出すことがで
きる。

【００１４】

【実施例】以下に、この発明の実施例を図に基づいて説
明する。まず、光反射分離層である誘電体ミラー１０７
や遮光膜１０６を有さないＦＬＣ−ＯＡＳＬＭに画像を
二値化記録する場合について考える。図１は、本発明に
よる画像を二値化記録する場合の強誘電性液晶空間光変
調器の高速駆動方法の一例を示す図である。図１（ａ）
は読出側の透明電極層１０２ａを接地したときのＦＬＣ
−ＯＡＳＬＭに印加される駆動電圧波形、図１（ｂ）お
よび（ｃ）はＦＬＣ−ＯＡＳＬＭに照射される書込光強
度や読出光強度の時間変化、図１（ｄ）はＦＬＣ−ＯＡ
ＳＬＭの光応答を示す。ＦＬＣ−ＯＡＳＬＭには図１
（ａ）に示すような、消去パルス１、書込パルス２、ゼ
ロ電圧３が順に繰り返される駆動電圧が印加される。こ
のときＦＬＣ−ＯＡＳＬＭは、消去電圧である消去パル
ス１が印加されることにより初期化され、書込電圧であ
る書込パルス２で画像が書き込まれ、ゼロ電圧３の期間
で記録された画像が読み出される。

【００１５】まず書込光は、書込パルス２が印加されて
いる書込電圧印加時間だけＦＬＣ−ＯＡＳＬＭを照射す
れば十分である。従来のように、常に書込光が照射され
ている必要はなく、他の期間に照射されている書込光
は、画像の記録とは全く関係がない。また、書込パルス
２と書込光照射４が完全に一致している必要はなく、画
像を記録するのに十分な時間だけ重なり合っていれば良
い。さらに、光反射分離層を有さないＦＬＣ−ＯＡＳＬ
Ｍの場合、書込光が光導電層１０５を十分に励起するこ
とができるならば、書込光は書込面と読出面のいずれか
らＦＬＣ−ＯＡＳＬＭを照射してもかまわない。

【００１６】次に読出光は、書込パルス２が印加されて
いる書込電圧印加時間のみ遮断されていれば十分であ
る。この場合、たとえ強い読出光が照射されようとも、
読出光は書込時の光導電層１０５には影響を及ぼさない
ので、書込特性の変化や二値化記録されている画像の劣
化は生じない。また、画像の読出しには、読出光照射９
はゼロ電圧３の期間すべてあるいはその一部の期間と重
なっていれば画像を読み出すことができる。しかし、誘
電体ミラー１０７を有さないことによる読出光反射率の
低さを考慮すると、ゼロ電圧３の期間全てに読出光を照
射する方が読み出される画像の全光量が増加するので、
後の処理に都合の良いことが多い。ところで、読出光が
消去パルス１が印加される消去電圧印加時間に照射され
ていない場合、暗時のしきい値電圧は光照射時のそれよ
りも高いため、記録されている画像を消去しにくくな
る。その場合、暗時のしきい値電圧より十分大きな消去
パルス１を印加することができれば画像を消去すること
ができるが、消去パルス１が印加されている消去電圧印
加時間にも読出光照射９がある方が画像の消去が容易
で、消去パルス１のパルス幅を短くあるいはパルス電圧
を低く抑えることができるので望ましい。読み出された
画像の光強度は、消去パルス１によって記録されている
画像が消去されるので、図１（ｄ）に示すように消去パ
ルス１が印加されるとゼロになる。

【００１７】以上の方法でＦＬＣ−ＯＡＳＬＭを駆動す
ると、読出光は光導電層１０５に影響を及ぼさないの
で、強い読出光を用いても書込特性にはなんら影響しな
い。そして、誘電体ミラー１０７がなく読出光反射率の
低さを、強い読出光を用いることにより補うことができ
るので、光量あるいは感度の不足などの問題が生じるこ
となく、読み出した画像を処理して別の空間光変調器に
記録するなどの処理を行うことが可能となった。この読
み出した画像を用いた処理を行なう装置の例について
は、後で詳しく述べる。そして、消去パルス１や書込パ
ルス２、ゼロ電圧３の幅は、書込光や読出光の強度にも
よるが、１ｍｓｅｃ以下でも動作可能であるので、３０
０Ｈｚ以上の周波数での高速動作が可能である。また、
図１（ａ）に示したもの以外にも、例えば消去パルス１
と書込パルス２の間にゼロ電圧３の状態がある駆動電圧
波形など様々な駆動電圧波形が考えられるが、パルス状
の駆動電圧で初期化や画像の記録を行い、書込パルス２
の後のゼロ電圧３の期間で画像を読み出すという方法が
同じであるならば、どんな駆動電圧波形でも同様である
ことは言うまでもない。

【００１８】次に、光反射分離層である誘電体ミラー１
０７や遮光膜１０６を有さないＦＬＣ−ＯＡＳＬＭに画
像を階調記録する場合について述べる。図４は、本発明
による画像を階調記録する場合の強誘電性液晶空間光変
調器の高速駆動方法の一例を示す図である。図４（ａ）
は、読出側の透明電極層１０２ａを接地したときのＦＬ
Ｃ−ＯＡＳＬＭに印加される駆動電圧波形、図４（ｂ）
および（ｃ）はＦＬＣ−ＯＡＳＬＭに照射される書込光
強度と読出光強度の時間変化を示す。図４（ｄ）はＦＬ
Ｃ−ＯＡＳＬＭから読み出された画像の光強度を示す。
図４（ａ）は、図１（ａ）で示した消去パルス１、書込
パルス２、ゼロ電圧３が順に繰り返される駆動電圧波形
に、バイアス電圧を重畳した駆動電圧波形になってい
る。ここで、正のパルス電圧（消去パルス５１）の方が
負のパルス電圧（書込パルス５２）よりも大きくなり、
かつ書込パルス５２は、光照射時のしきい値電圧よりも
高くなることがないようにＤＣバイアス電圧を重畳す
る。階調記録する場合も二値化記録と同様に、消去電圧
である消去パルス５１で初期化を行ない、書込電圧であ
る書込パルス５２で画像の書込を行う。そして、バイア
ス電圧を重畳したことにより、図１（ａ）のゼロ電圧３
ではなく、バイアス電圧５３の期間で記録した画像の読
出を行なう。

【００１９】このような非対称なパルス電圧が透明電極
層１０２ａ，１０２ｂの間に印加されていると、書込時
には、光導電層１０５に照射される光強度に比例した電
圧が強誘電性液晶層１０４に印加され、強誘電性液晶分
子にはこの電圧に比例した反転力が働くが、同時に、印
加電圧の非対称性により元の安定状態に戻ろうとする緩
和力が強誘電性液晶分子に働く。このため、書込パルス
５２が印加されているときの強誘電性液晶分子の反転角
度は、書込光強度にほぼ比例して大きくなり、書込パル
ス５２か書込光照射５４のどちらか一方がなくなると、
時間とともに減少する。この減少時間は強誘電性液晶分
子の緩和時間によって決まるため、非対称なパルス電圧
の周波数は約１００Ｈｚ以上が望ましい。そして、この
減少時間中に読出光を照射して画像を読み出すと、読み
出した画像の光強度は強誘電性液晶分子の反転角度に比
例するので、連続的な階調を持った画像の書き込みと読
み出しを連続的に行なうことができる。

【００２０】このような階調を持った画像の書き込みと
読み出しを行なう場合、書込光は画像を二値化記録する
場合と同様に、書込パルス５２が印加されている書込電
圧印加時間だけに書込光照射５４があるように強度変調
すればよい。もちろん、書込電圧印加時間と書込光照射
５４は、所定の時間だけ重なりあっていればよく、書込
光照射５４は書込パルス５２より短くても長くてもよ
い。

【００２１】読出光に関しては、書込パルス５２が印加
されている書込電圧印加時間に読出光が照射されていな
ければよい。バイアス電圧５３の期間に強誘電性液晶分
子は前記緩和力により元の安定状態に戻ろうとしている
が、この状態の時に強い読出光を照射しても、この緩和
状態に影響を及ぼさず、階調を持った画像を読み出すこ
とができる。もちろん、読出光照射５５はバイアス電圧
５３の期間と一致している必要はなく、それより短くて
もあるいは消去パルス５１が印加されている消去電圧印
加時間と重なっていても問題はない。二値化記録の場合
は、消去パルス１が印加されている時に読出光照射９が
ある方が、消去し易く望ましかったが、階調書込の場合
も同様である。しかし、通常は特に読出光がなくても画
像は消去されるので、必ずしも消去電圧印加時間にも読
出光が照射される必要はない。

【００２２】読み出された画像の光強度５６は、書込光
強度に比例し、読み出した直後が一番強く、前記緩和力
によって強誘電性液晶分子の反転角度が小さくなるにつ
れて弱くなっていく。そして、消去パルス５１が印加さ
れると反転角度は０になり、読み出した画像の光強度は
０になる。以上の方法で読み出せば、光反射分離層を有
さないＦＬＣ−ＯＡＳＬＭにおいても、階調を持った画
像の書き込みと読み出しが、強い読出光によっても１０
０Ｈｚ以上という高速で行うことができる。ところで、
図４（ａ）に示したもの以外にも、例えば消去パルス５
１と書込パルス５２の間にバイアス電圧５３の状態があ
る駆動電圧波形など様々な駆動電圧波形が考えられる
が、パルス状の駆動電圧で初期化や画像の記録を行い、
書込パルス５２の後のバイアス電圧５３の期間で画像を
読み出すという方法が同じであるならば、どんな駆動電
圧波形でも同様であることは言うまでもない。また、画
像の読み出しを行うバイアス電圧５３は必ずしもバイア
ス電圧状態である必要はなく、ゼロ電圧状態であるよう
な駆動電圧波形でも良い。

【００２３】次に、上述のように書込光と読出光を強度
変調する方法について述べる。書込光や読出光の光源と
して、レーザーダイオード（以下ＬＤと略する）を用い
る場合には、ＦＬＣ−ＯＡＳＬＭの駆動電圧とＬＤの駆
動電流とを制御装置によって同期させて、直接ＬＤを駆
動する電流を得たい光強度とほぼ同様の波形を持つよう
に変調することにより、上記のように書込光や読出光を
ＦＬＣ−ＯＡＳＬＭと同期させて強度変調することは容
易である。

【００２４】しかし、ＬＤは小型で扱いが容易である
が、出力パワーがまだ小さく、出射される波長は短いも
のでもまだ６７０ｎｍ程度と、比較的長波長のＬＤしか
ない。さらに、出射光のコヒーレンス性などを考える
と、Ｈｅ−Ｎｅレーザーやアルゴンレーザーなどの気体
レーザーやルビーレーザーなどの固体レーザーがよく用
いられているのが現状である。ところで、これらのレー
ザーを書込光や読出光の光源として用いた場合、光源を
直接変調することは非常に困難であり、かつ数十Ｈｚか
ら数ｋＨｚという高速で動作するＦＬＣ−ＯＡＳＬＭと
同期させて、機械式シャッターや液晶シャッターなどで
書込光や読出光を強度変調することは不可能であった。

【００２５】そこで本発明では、光変調材料として強誘
電性液晶を用いた液晶シャッター（以下ＦＬＣシャッタ
ーと略す）を用いることにより、任意の光源から出射さ
れる書込光や読出光を高速に変調することが可能となっ
た。ＦＬＣシャッターの構造は、図２で示したＦＬＣ−
ＯＡＳＬＭにおいて、光導電層１０５と誘電体ミラー１
０７と遮光膜１０６がないものである。そして、光導電
層１０５がなく、透明電極１０２ａ、１０２ｂへ印加さ
れる電圧そのものによって、液晶分子が反転する点と、
透過型で用いる点が異なるだけで、動作原理は同じであ
る。また、液晶分子の配列の方向およびＦＬＣシャッタ
ーを照射する直線偏光の向きは、従来の技術で述べた強
誘電性液晶空間光変調器の場合と同じである。ＦＬＣシ
ャッターは、読出光や書込光を強度変調するために、そ
の前後に偏光子と検光子を有している。このＦＬＣシャ
ッターも双安定メモリー性を持ち、高速応答かつ高コン
トラストという特性を示す。我々が本発明で用いたＦＬ
Ｃシャッターは、コントラストが５００：１以上、フレ
ーム周波数として数ｋＨｚまでの動作が可能であった。

【００２６】図５に、上述した２個のＦＬＣシャッター
をＦＬＣ−ＯＡＳＬＭへの書込光と読出光の各光路中に
配置した場合の、本発明による強誘電性液晶空間光変調
器の高速駆動方法の一実施例を示す。ＦＬＣ−ＯＡＳＬ
Ｍ１１を駆動する駆動手段は制御装置１５であり、書込
光変調手段は第一のＦＬＣシャッター１２であり、読出
光変調手段は第二のＦＬＣシャッター１３であり、前記
駆動手段と前記書込光変調手段と前記読出光変調手段と
を同期させる手段は制御装置１５である。

【００２７】第一のＦＬＣシャッター１２によって強度
変調された書込光は、ＦＬＣ−ＯＡＳＬＭ１１の書込面
を照射する。また、第二のＦＬＣシャッター１３によっ
て強度変調された読出光は、偏光ビームスプリッタ１４
で反射して、ＦＬＣ−ＯＡＳＬＭ１１の読出面を照射す
る。そして、ＦＬＣ−ＯＡＳＬＭ１１で反射した読出光
は、検光子として用いられている偏光ビームスプリッタ
１４を透過することにより、記録されている画像が読み
出される。ＦＬＣ−ＯＡＳＬＭ１１と第一のＦＬＣシャ
ッター１２と第二のＦＬＣシャッター１３は、制御装置
１５によってそれぞれ同期を取りながら駆動されてい
る。

【００２８】図６にこの実施例におけるＦＬＣ−ＯＡＳ
ＬＭ１１と２個のＦＬＣシャッター１２，１３の駆動方
法を示す。図６（ａ）は読出側の透明電極層１０２ａを
接地したときのＦＬＣ−ＯＡＳＬＭ１１の駆動電圧波
形、図６（ｂ）は書込光の光強度変化、図６（ｃ）は書
込光を変調するための第一のＦＬＣシャッター１２の駆
動電圧波形、図６（ｄ）は読出光の光強度変化、図６
（ｅ）は読出光を変調するための第二のＦＬＣシャッタ
ー１３の駆動電圧波形を示す。ＦＬＣシャッター１２お
よび１３は、正のパルス（閉パルス５あるいは閉パルス
７と略す）でシャッターが閉じ、負のパルス（開パルス
６あるいは開パルス８と略す）でシャッターが開くよう
に設定しておく。ＦＬＣ−ＯＡＳＬＭ１１に書込パルス
２が印加されるタイミングに合わせて、第一のＦＬＣシ
ャッター１２には開パルス６を、第二のＦＬＣシャッタ
ー１３には閉パルス７を印加する。そして、ＦＬＣ−Ｏ
ＡＳＬＭ１１がゼロ電圧３状態になるタイミングに合わ
せて、第一のＦＬＣシャッター１２には閉パルス５を、
第二のＦＬＣシャッター１３には開パルス８を印加す
る。このように、ＦＬＣ−ＯＡＳＬＭと２個のＦＬＣシ
ャッターを同期させて使用することにより、図１で示し
た駆動方法が実現できる。

【００２９】これまでは１個のＦＬＣ−ＯＡＳＬＭを高
速駆動する方法の説明を行ってきたが、以上の方法を使
用することにより、２個以上のＦＬＣ−ＯＡＳＬＭを直
列に接続して、ＦＬＣ−ＯＡＳＬＭから読み出した画像
をさらに処理して別のＦＬＣ−ＯＡＳＬＭに記録するな
ど、複数個のＦＬＣ−ＯＡＳＬＭを使用した多様なシス
テムを構成することができる。このことを、光反射分離
層を有さない二個のＦＬＣ−ＯＡＳＬＭを直列に接続し
たジョイント変換相関器を例に説明する。

【００３０】図７は本発明による強誘電性液晶空間光変
調器の高速駆動方法を用いてパターン認識を行なう一実
施例の構成図である。光反射分離層を有さないＦＬＣ−
ＯＡＳＬＭを２個用いたジョイント変換相関器を構成し
ている。第一のＦＬＣ−ＯＡＳＬＭ２５及び第二のＦＬ
Ｃ−ＯＡＳＬＭ３２を駆動する駆動手段は、制御装置２
９であり、第一のＦＬＣ−ＯＡＳＬＭ２５に対する読出
光変調手段および第二のＦＬＣ−ＯＡＳＬＭ３２に対す
る書込光変調手段は、第一のＦＬＣシャッター２８であ
り、第二のＦＬＣ−ＯＡＳＬＭ３２に対する読出光変調
手段は、第二のＦＬＣシャッター３５であり、前記駆動
手段と前記書込光変調手段と前記読出光変調手段とを同
期させる手段は、制御装置２９である。

【００３１】参照物体２１および被相関物体２２は、そ
れぞれ第一の結像レンズ２３と第二の結像レンズ２４に
よって、第一のＦＬＣ−ＯＡＳＬＭ２５の光導電層上に
結像されて、参照画像及び被相関画像として記録され
る。第一のレーザー２６から出射したコヒーレント光
は、第一のビームエキスパンダー２７で所定のビーム径
を持つ平行光にされ、さらに第一のＦＬＣシャッター２
８を透過することにより強度変調される。この強度変調
されたコヒーレント光は、第一の偏光ビームスプリッタ
３０で反射されて、読出光として第一のＦＬＣ−ＯＡＳ
ＬＭ２５の読出面を照射する。そして、第一のＦＬＣ−
ＯＡＳＬＭ２５で反射した読出光は、検光子として用い
られている第一の偏光ビームスプリッタ３０を透過する
ことにより、第一のＦＬＣ−ＯＡＳＬＭ２５に記録され
ていた参照画像と被相関画像は、コヒーレントなポジ像
またはネガ像として読み出される。この読み出されたコ
ヒーレント画像は、第一のフーリエ変換用レンズ３１で
フーリエ変換されて、そのジョイントフーリエ変換像
が、書込光として第二のＦＬＣ−ＯＡＳＬＭ３２の書込
面を照射する。このことにより、ジョイントフーリエ変
換像は強度分布画像に変換されて、第二のＦＬＣ−ＯＡ
ＳＬＭ３２上に記録される。第二のレーザー３３から出
射されたコヒーレント光は、第二のビームエキスパンダ
ー３４や第二のＦＬＣシャッター３５、第二の偏光ビー
ムスプリッタ３６によって、所定のビーム径を持つ平行
光にされた後強度変調され、読出光として第二のＦＬＣ
−ＯＡＳＬＭ３２の読出面を照射する。第二のＦＬＣ−
ＯＡＳＬＭ３２で反射した読出光は、検光子として用い
られている第二の偏光ビームスプリッタ３６を透過する
ことにより、第二のＦＬＣ−ＯＡＳＬＭ３２に記録され
ていたジョイントフーリエ変換像の強度分布画像が、ポ
ジ像またはネガ像として読み出される。この読み出され
た強度分布画像は、第二のフーリエ変換用レンズ３７に
よってフーリエ変換されることにより、受光素子３８上
に相関出力像が得られ、電気信号に変換される。第一の
ＦＬＣ−ＯＡＳＬＭ２５と第一のＦＬＣシャッター２
８、第二のＦＬＣ−ＯＡＳＬＭ３２，第二のＦＬＣシャ
ッター３５は、制御装置２９からの信号によってそれぞ
れ同期して駆動されている。ここで、第一のフーリエ変
換用レンズ３１の前焦点面に第一のＦＬＣ−ＯＡＳＬＭ
２５を、後焦点面に第二のＦＬＣ−ＯＡＳＬＭ３２を配
置する。さらに、第二のフーリエ変換用レンズ３７の前
焦点面に第二のＦＬＣ−ＯＡＳＬＭ３２を、後焦点面に
受光素子３８を配置する。

【００３２】次に動作について説明する。図８は図７で
示した実施例の駆動方法の一実施例を示す図である。図
８（ａ）は、第一のＦＬＣ−ＯＡＳＬＭ２５へ照射され
る書込光強度の変化、図８（ｂ）は読出側の透明電極層
１０２ａが接地されたときの第一のＦＬＣ−ＯＡＳＬＭ
２５の駆動電圧波形、図８（ｃ）は第一のＦＬＣ−ＯＡ
ＳＬＭ２５へ照射される読出光強度の変化、図８（ｄ）
は第一のＦＬＣシャッター２８の駆動電圧波形、図８
（ｅ）は第一のＦＬＣ−ＯＡＳＬＭ２５から読み出され
た画像の光強度変化、図８（ｆ）は読出側の透明電極層
１０２ａが接地されたときの第二のＦＬＣ−ＯＡＳＬＭ
３２の駆動電圧波形、図８（ｇ）は第二のＦＬＣ−ＯＡ
ＳＬＭ３２へ照射される読出光強度の変化、図８（ｈ）
は第二のＦＬＣシャッター３５の駆動電圧波形、図８
（ｉ）は第二のＦＬＣ−ＯＡＳＬＭ３２から読み出され
た画像の光強度変化を示す。第一のＦＬＣ−ＯＡＳＬＭ
２５と第二のＦＬＣ−ＯＡＳＬＭ３２は、二値化記録す
るものとする。しかし、階調記録する場合でも、ＦＬＣ
−ＯＡＳＬＭへ印加される駆動電圧にバイアス電圧が重
畳されるだけである。

【００３３】簡単のため、第一のＦＬＣ−ＯＡＳＬＭ２
５へ照射される書込光強度は、常に第一のＦＬＣ−ＯＡ
ＳＬＭ２５の書込面を照射しているものとする。第一の
ＦＬＣ−ＯＡＳＬＭ２５に図８（ｂ）に示すような駆動
電圧が印加されると、書込パルス６２が印加された時に
参照画像や被相関画像が二値化記録される。記録された
画像は、ゼロ電圧６３状態で読み出し、消去パルス６１
で消去される。もちろん、参照物体２１や被相関物体２
２がストロボのようなパルス光源で照らされている場合
など、書込光強度が変調されていてもよいが、その場合
はパルス光源と第一のＦＬＣ−ＯＡＳＬＭ２５とは同期
され、書込光照射と書込パルス６２とは所定の時間重な
りあっていなければならない。

【００３４】第一のＦＬＣ−ＯＡＳＬＭ２５を照射する
読出光は、図８（ｃ）のように書込パルス６２が印加さ
れているときのみ遮断されるように強度変調する。これ
によって、強い読出光を用いても第一のＦＬＣ−ＯＡＳ
ＬＭ２５の書込特性には影響を与えずに、ゼロ電圧６３
の期間に記録されている参照画像や被相関画像を読み出
すことができる。また、消去パルス６１印加時にも読出
光を照射することにより、画像の消去が容易になるの
で、消去パルス６１のパルス幅やパルス電圧を小さくす
ることができる。このような強度変調された読出光は、
図８（ｄ）に示すような駆動電圧を第一のＦＬＣシャッ
ター２８に印加することにより得られる。正のパルス電
圧（閉パルス６５）で第一のＦＬＣシャッター２８は閉
じ、負のパルス電圧（開パルス６６）で開く。もちろ
ん、第一のＦＬＣシャッター２８の駆動電圧は、第一の
ＦＬＣ−ＯＡＳＬＭ２５の駆動電圧と同期しており、第
一のＦＬＣ−ＯＡＳＬＭ２５に書込パルス６２が印加さ
れると同時に、第一のＦＬＣシャッター２８に閉パルス
６５が印加され、第一のＦＬＣ−ＯＡＳＬＭ２５がゼロ
電圧６３状態になると同時に、第一のＦＬＣシャッター
２８に開パルス６６が印加されるようになっている。

【００３５】図８（ｅ）に第一のＦＬＣ−ＯＡＳＬＭ２
５から読み出された画像の光強度の変化を示す。読出光
が照射されているゼロ電圧６３状態の時のみ画像が読み
出され、読出光は照射されていても消去パルス６１が印
加されると画像は消去されるので、読み出された画像の
強度はゼロになる。第二のＦＬＣ−ＯＡＳＬＭ３２に
は、第一のＦＬＣ−ＯＡＳＬＭ２５から画像が読み出さ
れている期間に同期させて書込パルス６８が印加される
ように、図８（ｆ）に示すような駆動電圧を印加する。
書込パルス６８が印加されているときに、書込面には第
一のＦＬＣ−ＯＡＳＬＭ２５から読み出された画像のジ
ョイントフーリエ変換像が照射されているので、ジョイ
ントフーリエ変換像の強度分布が二値化されて記録され
る。記録された画像は、ゼロ電圧６９状態で読み出さ
れ、消去パルス６７で消去される。

【００３６】第二のＦＬＣ−ＯＡＳＬＭ３２を照射する
読出光は、第二のＦＬＣ−ＯＡＳＬＭ３２に書込パルス
６８が印加されているときのみ遮断されるように、強度
変調されている。消去パルス６７印加時にも読出光が照
射されているので、第一のＦＬＣ−ＯＡＳＬＭ２５の場
合と同様に、消去パルス６７のパルス幅やパルス電圧を
小さくできる。

【００３７】このような強度変調された読出光は、図８
（ｈ）に示すような駆動電圧を第二のＦＬＣシャッター
３５に印加することにより得られる。第二のＦＬＣ−Ｏ
ＡＳＬＭ３２に書込パルス６８が印加されると同時に閉
パルス７１が第二のＦＬＣシャッター３５に印加され、
第二のＦＬＣ−ＯＡＳＬＭ３２がゼロ電圧６９状態にな
ると同時に第二のＦＬＣシャッター３５に開パルス７２
が印加される。

【００３８】図８（ｉ）に第二のＦＬＣ−ＯＡＳＬＭ３
２から読み出された画像の光強度の変化を示す。第二の
ＦＬＣ−ＯＡＳＬＭ３２の印加電圧がゼロ電圧６９状態
の時のみ、画像が読み出されている。以上の駆動方法に
より、光反射分離層を有さないＦＬＣ−ＯＡＳＬＭを２
個直列につないだシステムにおいても、３００Ｈｚ以上
という速さでもこの相関器を動作させることができ、受
光素子３８には参照物体２１と被相関物体２２の相関係
数が相関ピーク強度として得られた。同様の方法を用い
れば、２個だけではなく、複数個のＦＬＣ−ＯＡＳＬＭ
を直列あるいはループ状あるいはツリー状などに接続し
たシステムを構成して、高速に動作させることも可能で
あることは言うまでもない。

【００３９】以上の説明は、全て光反射分離層である誘
電体ミラー１０７や遮光膜１０６を有さない場合につい
て述べてきたが、光反射分離層を有する場合でも、読み
出した画像を高速にサンプリングする場合や、時分割多
重で画像の書き込みや読み出しを行う場合には、これま
で示してきたような書込光や読出光の強度変調が必要と
される。ただし、光反射分離層を有するので、読出光と
書込光は分離されていて、読出光は書込特性に影響しな
い。そのため、書込電圧印加時間に読出光が照射されて
いても問題はない。そこで、以上の説明では二値化記録
の場合はゼロ電圧の状態、あるいは階調記録の場合では
バイアス電圧の状態で画像の読み出しを行なっていた
が、書込電圧印加時に読出光を照射することによってそ
の状態でも画像の読み出しは可能であり、駆動電圧波形
にゼロ電圧状態やバイアス電圧状態は必要ではなくな
る。

【００４０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明による強誘
電性液晶空間光変調器の高速駆動方法は、その空間光変
調器に誘電体ミラーや遮光膜など光反射分離層が存在し
ない場合、および光反射分離層を有していても読出光が
強すぎて読出光が光導電層に影響を与える場合に、書込
特性に影響を与えることなく強い読出光が使用でき、か
つ１００Ｈｚ以上での高速駆動が可能である。そしてこ
の方法を用いることにより、複数個の強誘電性液晶空間
光変調器を直列やループ状などに接続して同期させて使
用することにより、より高度な処理のできる複雑なシス
テムを構成することも可能となった。

【００４１】また、書込光や読出光を変調する方法とし
て、光源を直接変調できるＬＤだけでなく、ＦＬＣシャ
ッターを用いることにより、任意の光源からの書込光や
読出光を容易に強度変調することができるようになり、
システムを構成する上でのフレキシビリティが向上し
た。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による画像を二値化記録する場合の強誘
電性液晶空間光変調器の高速駆動方法の一例を示す図で
ある。

【図２】ＦＬＣ−ＯＡＳＬＭの構造を示す断面図であ
る。

【図３】ＦＬＣ−ＯＡＳＬＭに印加される駆動電圧の一
例を示す図である。

【図４】本発明による画像を階調記録する場合の強誘電
性液晶空間光変調器の高速駆動方法の一例を示す図であ
る。

【図５】本発明による強誘電性液晶空間光変調器の高速
駆動方法の一実施例の構成を示す構成図である。

【図６】本発明による強誘電性液晶空間光変調器の高速
駆動方法の一実施例の駆動方法を示す図である。

【図７】本発明による強誘電性液晶空間光変調器の高速
駆動方法を用いてパターン認識を行なう一実施例の構成
図である。

【図８】本発明による強誘電性液晶空間光変調器の高速
駆動方法を用いてパターン認識を行なう一実施例の駆動
方法を示す図である。

【符号の説明】

１消去パルス２書込パルス３ゼロ電圧４書込光照射５閉パルス６開パルス７閉パルス８開パルス９読出光照射１１ＦＬＣ−ＯＡＳＬＭ１２第一のＦＬＣシャッター１３第二のＦＬＣシャッター１４偏光ビームスプリッタ１５制御装置２１参照物体２２被相関物体２３第一の結像用レンズ２４第二の結像用レンズ２５第一のＦＬＣ−ＯＡＳＬＭ２６第一のレーザー２７第一のビームエキスパンダー２８第一のＦＬＣシャッター２９制御装置３０第一の偏光ビームスプリッタ３１第一のフーリエ変換用レンズ３２第二のＦＬＣ−ＯＡＳＬＭ３３第二のレーザー３４第二のビームエキスパンダー３５第二のＦＬＣシャッター３６第二の偏光ビームスプリッタ３７第二のフーリエ変換用レンズ３８受光素子５１消去パルス５２書込パルス５３バイアス電圧５４書込光照射５５読出光照射５６読み出された画像の光強度６１消去パルス６２書込パルス６３ゼロ電圧６４読出光照射６５閉パルス６６開パルス６７消去パルス６８書込パルス６９ゼロ電圧７０読出光照射７１閉パルス７２開パルス１０１ａ、１０１ｂ透明基板１０２ａ、１０２ｂ透明電極層１０３ａ、１０３ｂ配向膜層１０４強誘電性液晶層１０５光導電層１０６遮光層１０７誘電体ミラー１０８ａ、１０８ｂ無反射コーティング層１０９スペーサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02F 1/135

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】光変調材料として強誘電性液晶を用いた
光書込型の空間光変調器と、前記空間光変調器に駆動電
圧を供給する駆動手段と、前記空間光変調器に画像を書
き込むための書込光を変調する書込光変調手段と、前記
空間光変調器に記録された画像を読み出すための読出光
を変調する読出光変調手段と、前記駆動手段と前記書込
光変調手段と前記読出光変調手段とを同期させる手段
と、を具備する強誘電性液晶空間光変調器の駆動方法で
あって、前記書込光は前記駆動手段が書込電圧を印加している時
間のみに照射され、前記読出光は前記駆動手段がゼロ電圧を印加している時
間に照射され、かつ、前記駆動手段が書込電圧を印加し
ている時間には照射されないことを特徴とする強誘電性
液晶空間光変調器の高速駆動方法。
【請求項２】前記駆動手段は、消去電圧と書込電圧と
ゼロ電圧が順に繰り返された波形を駆動電圧として供給
するとともに、前記読出光は前記駆動手段が消去電圧を印加している時
間に照射されることを特徴とする請求項１記載の強誘電
性液晶空間光変調器の高速駆動方法。
【請求項３】前記空間光変調器を形成する一方の基板
が、該基板上に設けられた電極層と、前記電極層上に設
けられた光導電層と、前記光導電層上に設けられた配向
膜により構成されるとともに、光反射分離層を有してい
ないことを特徴とする請求項１または２に記載の強誘電
性液晶空間光変調器の高速駆動方法。
【請求項４】前記駆動電圧にはバイアス電圧が重畳さ
れていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項
に記載の強誘電性液晶空間光変調器の高速駆動方法。