JP3179580B2 - 光アドレス型光変調器を用いた装置 - Google Patents

光アドレス型光変調器を用いた装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は従来より表示部品として
使用され、また、最近では並列性を有する論理ゲートや
メモリーとなる光情報処理部品として使用される空間光
変調器(SLM)およびこれを用いた装置に関する。
【0002】
【従来の技術】光アドレス型空間光変調器の従来技術に
は、アドレス材料として光電面、光変調材料としてLi
NbO3 を用いた真空管タイプの空間光変調管(MSL
M)、アドレス材料として光導電体、光変調材料として
ツイストネマチック(TN)液晶を用いた液晶空間光変
調器(LCLV)、および、光導電効果と電気光学効果
とを合せ持ったBSO単結晶ウェハを利用したBSO空
間光変調器(PROM)等がある。
【0003】また、最近では強誘電性液晶(FLC)を
用いた強誘電性液晶空間光変調器(FLC−SLM)が
研究されている。この技術は「強誘電性液晶を用いた空
間光変調器(電子通信学会 OQE89−78)」に詳
しく記載されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】MSLMやPROMな
どの電気光学結晶を用いた光アドレス型SLMでは、読
み出しレーザ光の偏波面を結晶軸に一致させることで純
粋な位相変調が得られるが、高電圧を必要とし、また、
高々πラジアンの変調しかできない。また、偏波面を結
晶軸から45度ずらすことで偏波面の回転による強度変
調を得ることができるが、こちらもダイナミックレンジ
はπ以下である。
【0005】また、TN液晶を用いたSLMでは、偏波
面回転を伴わない位相変調は不可能であるし、強度変調
の場合でもそのトランスファー特性から暗と明との2値
的な変化を使用するのが精一杯であり、中間調は出しに
くい。さらに、最近の強誘電性液晶を用いたFLC−S
LMでも、2値動作が基本なので、位相、強度共に中間
値を安定して得ることは困難である。
【0006】さらにまた、アドレス光の照射の無い場合
でも、読み出し光の照射による出力光がSLMから放射
されてしまい、ダイナミックレンジの拡大が妨げられる
傾向にあった。本発明は以上の問題に鑑み、簡単な構成
でダイナミックレンジの大きい位相変調および強度変調
が得られる光アドレス型光変調器を用いた装置を提供す
ることを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】以上の問題を解決するた
めに、本発明に係る光アドレス型空間光変調器を用いた
装置は、一対の透明電極の間に、光アドレス材料として
の光導電層と、誘電体ミラーと、ECB型のネマチック
液晶からなり両面に液晶配向層を有する光変調材料層と
を順次備え、透明電極の一方を介して光変調材料層へと
読み出し光が入射される光アドレス型空間光変調器と、
読み出し光の入射側に設けられたECB型のネマチック
液晶セルからなる補償素子とを備えることを特徴とす
る。
【0008】
【0009】
【作用】液晶セルに電圧を印加すると、液晶の誘電異方
性により液晶分子配列が変化し、その結果、セル中の複
屈折率が変化する。液晶セルを偏光板と組み合わせるこ
とにより、この複屈折率の変化が光透過率の変化として
現れ、これをECB(Electrically Controlled Birefr
ingence )効果という。この際、読み出し光の偏波面を
液晶分子の配向軸に平行とすることにより、位相変調を
行うことができる。
【0010】本発明はこの効果を利用した光変調材料を
用いることにより、簡単な構成でダイナミックレンジの
大きい位相変調が得られる。さらに、読み出し光の偏波
面の方向を調整し、また、補償素子を加えることで従来
では困難であった強度変調を容易に行うことができる。
【0011】
【実施例】図1に本発明の実施例の構成を示す。書き込
み側(アドレス光側)から読み出し側にかけて、次に掲
げる各層が形成されている。表面のガラス基板1の内側
に透明電極としてITO膜2、アドレス材料層として光
導電層3が形成されている。さらに、光しゃへい層1
1、誘電体ミラー4、そして、配向層5が形成されてお
り、配向層5の次には、光変調材料層としてネマチック
液晶を注入した液晶層9、さらに、配向層8、ITO膜
7とつづき、読み出し側表面のガラス基板6となる。ま
た、ITO膜2・7間には電源10から交流電圧が印加
されている。
【0012】以下、より詳細に説明する。5mm厚のガ
ラス基板1の一面に透明導電膜ITO膜(Indium
−Tin−Oxide)2をスパッタ装置により、20
00オングストローム程度の厚さに成膜する。このIT
O膜2の上には光導電層3を形成する。光導電層3とし
ては、アモルファスシリコン(a−Si)、CdS、B
12SiO20、有機光導電体(PVK)等と種々考えら
れるが、ここでは水素化アモルファスシリコン(a−S
i:H)をCVDにより3〜5μmの厚さに形成する。
光導電層3の上には、SiO2 とTiO2 からなる誘電
体多層膜ミラー層4(厚さ〜1μm、総膜数〜19層)
をスパッタ装置又は蒸着装置にて形成する。さらに、必
要とする場合は光導電層3と誘電体ミラー4の間に光し
ゃへい層11(例えば、CdTe)を作ることもある。
【0013】誘電体ミラー4の上には液晶を配向させる
ための配向層5を形成する。この配向層5は、PVAま
たはポリイミドをコーティングした後、ラビングを施し
てもよいし、SiOの斜方蒸着、LB膜の形成等も考え
られる。
【0014】一方、ガラス基板1の反対側のガラス基板
6の表面にはITO膜7、配向層8を順次形成する。次
に、2つの配向層5、8の間に、間隔を8μm程度とし
て周囲を囲むようにセルを形成し、この間隔にネマチッ
ク液晶(ここでは、E44メルク社製を用いた)を注入
して液晶層9とする。このとき、例えば配向層5と配向
層8とのラビングの向きが同方向としてあり、液晶分子
は図2に示すように基板に平行に並ぶようにする(ホモ
ジニアス配向)。ここで、図2中のa・bは読み出し光
の偏波面の方向を示すもので、aは紙面に対して上下方
向の偏波面、すなわち、液晶分子の配向と読み出し光の
偏波面とが同方向であることを示し、一方、bは紙面に
対して垂直方向の偏波面、すなわち、液晶分子の配向と
読み出し光の偏波面とが直交していることを示すもので
ある。
【0015】このようなデバイスに対し、2つのITO
膜2、7間に電源10により数ボルトの交流電圧を印加
しておく。アドレス光12が入射したところの、光導電
層3の抵抗は低下するので、その部分では液晶層9に電
圧がかかり、液晶が変調される。実際には、アドレス光
12が存在しない場合でも、電源10により電圧を印加
した時点において、光導電層3と液晶層9のインピーダ
ンス比の関係で液晶層9に電圧がかかり少し変調される
が、全面に対し一様にこの効果が生ずるためバイアス分
として無視される。
【0016】図3に、デバイスの位相変調特性を示す。
この測定はトワイマングリーン干渉計を組み、その一方
の腕にこのデバイスを置き、参照光との干渉強度を測定
し、その値に従って計算により求めた。デバイスには5
Vを印加し、アドレス光強度を変化させた。ここで、図
3のグラフ中の記号a・bは、図2の偏波面の方向を示
すa・bに対応している。
【0017】読み出し光13の偏波面が液晶分子に平行
な場合(図中a)、200μW/cm2 のアドレス光で
2πラジアンの位相変調がされているのがわかる。一
方、同様に図3からわかるように、読み出し光13の偏
波面が液晶分子に垂直な場合(図中b)には、位相変調
されない。それ故、上記の結果も考慮すると、液晶分子
の配向軸と45度傾けるように読み出し光13の偏波面
を調整すれば、液晶内で2つの偏光の間で位相差が生じ
結果として偏波面の変化が起こることがわかる。そのた
め、出力側に偏光板を置けば強度変調も可能である。
【0018】しかしながら、液晶の厚み、光導電層と液
晶層とのインピーダンスの比等により、アドレス光12
のない場合(暗時)に、出力が一番暗くなるという保障
はない。そこで、図4に示すように構成する。図4は図
1の光アドレス型空間変調器を用いた光アドレス型空間
変調装置の構成を示している。図示の通り、SLM40
における読み出し光学系に、補償素子50を入れ、これ
に適当な電圧を印加し、あるいは光軸を軸として回転さ
せ、さらにハーフミラーを介し偏光子60を入れること
ことで、アドレス光12のない場合に出力光14が一番
暗くなるように調整する。
【0019】補償素子の構造を図5に示す。それぞれI
TO膜53・54と配向層55・56を施したガラス基
板51・52の間に液晶層57を形成し、ITO膜53
・54間に電源58により電圧を印加するものである。
液晶は図2で説明したようなホモジニアス配向とする。
図4の構成では、SLM40の液晶分子の配向と補償素
子50の液晶分子の配向とは同じ方向を向くように配置
してある。そして、読み出し光の偏波面を液晶分子の配
向方向に対し45度傾けて入射する。
【0020】上述のような構成の補償素子50で補償し
た時のトータルの入出力特性を図6に示す。アドレス光
強度に対し、光出力光強度を示すグラフはサインカーブ
を描く。このグラフより、本実施例によれば、中間調も
かなり良好に再現できることがわかる。また、従来のS
LMに比べダイナミックレンジも広い。
【0021】本発明は前述の実施例に限らず様々な変形
が可能である。
【0022】実施例では液晶層9の液晶の配向をホモジ
ニアス配向としたが、液晶の配向はこれに限らず、例え
ば、ホメオトロピック配向のDAP型、または、片面を
ホモジニアス配向、片面をホメオトロピック配向にした
ハイブリッド配列ネマチックのHAN型などにしても良
い。
【0023】
【発明の効果】以上の通り、本発明はECB効果を利用
した光変調材料を用いることにより、簡単な構成でダイ
ナミックレンジの大きい位相変調が得られる。さらに、
従来のSLMでは強度変調はオン・オフの2値的であっ
たが、読み出し光の偏波面の方向を調整し補償素子を加
えることにより、本発明によれば、容易に無段階な強度
変調を行うことができ、かつ、安定した中間調を得るこ
とができる。
【0024】また、2πラジアン以上の2次元位相変調
が可能な光アドレス方式のSLMを提供できるので、画
像伝送やレーザビームの位相補償(波面制御)、位相フ
ィルタリング等が有効に行うことができる。さらに、ダ
イナミックレンジの大きい中間調のとりやすいSLMと
なるので、表示装置をはじめ多くの画像処理に有用とな
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例の概略構成図である。
【図2】本発明の実施例のおける液晶分子のホモジニア
ス配向を示す図である。
【図3】本発明の実施例のデバイスの位相変調特性を示
す図である。
【図4】図1のSLMの読み出し光学系に補償素子を入
れた光アドレス型空間変調装置の構成例を示す図であ
る。
【図5】図4に示した補償素子の構造を示す図である。
【図6】図4に示した構成におけるトータルの入出力特
性を示す図である。
【符号の説明】
1・6…ガラス基板、2・7…ITO膜、3…光導電
層、4…誘電体ミラー、5・8…配向層、9…液晶層、
10…電源、11…光しゃへい層、12…アドレス光、
13…読み出し光、14…出力光、40…SLM、50
…補償素子、51・52…ガラス基板、53・54…I
TO膜、55・56…配向層、57…液晶層、58…電
源、60…偏光子。 代理人弁理士 長谷川 芳樹
フロントページの続き (72)発明者 原 勉 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 (56)参考文献 特開 平4−178616(JP,A) 特開 平4−156585(JP,A) 特開 平4−163529(JP,A) 特開 平4−204518(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G02F 1/135 G02F 1/137 G02F 1/1335 G02F 1/1347 G02F 1/13 505

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 一対の透明電極の間に、光アドレス材料
    としての光導電層と、誘電体ミラーと、ECB型のネマ
    チック液晶からなり両面に液晶配向層を有する光変調材
    料層とを順次備え、前記透明電極の一方を介して前記光
    変調材料層へと読み出し光が入射される光アドレス型空
    間光変調器と、 前記読み出し光の入射側に設けられたECB型のネマチ
    ック液晶セルからなる補償素子と、 を備えることを特徴とする光アドレス型空間光変調器を
    用いた装置。
JP20350592A 1992-07-30 1992-07-30 光アドレス型光変調器を用いた装置 Expired - Fee Related JP3179580B2 (ja)

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