JP7131315B2 - 位相変調装置及び位相変調方法 - Google Patents

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

特開２０１６－１４３０３７号公報

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。

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。

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。

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、光通信の信号光として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、前記画素領域の外側の領域であって、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することができる前記画素領域の近傍の領域に形成されており、前記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、前記信号解析部は、前記液晶素子に光が照射されていない無信号状態であるか否かを判断し、無信号状態ではないと判断したときに、前記受光信号を解析して前記解析結果を得る位相変調装置を提供する。

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、光通信の信号光として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、前記液晶素子に光が照射されていない無信号状態であるか否かを判断し、前記信号解析部が、無信号状態ではないと判断したときに、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。

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。

一実施形態の位相変調装置を示すブロック図である。 液晶素子の一例を示す上面図である。 図２のＡ－Ａで切断した液晶素子の断面図である。 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。 画素電極に印加される駆動電圧を示す図である。 画素電極上の液晶の屈折率を示す図である。 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。 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。 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。 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。 周波数成分に変換された受光信号を示す図である。 対向電極側電圧が調整された状態を示す図である。 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。 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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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

Claims (5)

1. 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、光通信の信号光として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、前記画素領域の外側の領域であって、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することができる前記画素領域の近傍の領域に形成されており、前記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、
   前記信号解析部は、前記液晶素子に光が照射されていない無信号状態であるか否かを判断し、無信号状態ではないと判断したときに、前記受光信号を解析して前記解析結果を得る
   位相変調装置。
2. 前記信号解析部は、前記受光信号を解析するときに、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。
3. 前記信号解析部は、前記無信号状態であるか否かを判断するときに、前記第１の周波数より低い第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。
4. 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。
5. 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、光通信の信号光として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、前記液晶素子に光が照射されていない無信号状態であるか否かを判断し、
   前記信号解析部が、無信号状態ではないと判断したときに、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。

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