JPH02289827A

JPH02289827A - 空間光変調素子

Info

Publication number: JPH02289827A
Application number: JP2377090A
Authority: JP
Inventors: Seiji Fukushima; 誠治福島; Takashi Kurokawa; 隆志黒川; Shinji Matsuo; 慎治松尾; Haruki Ozawaguchi; 小沢口　治樹
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1989-02-27
Filing date: 1990-02-02
Publication date: 1990-11-29

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野〕本発明は、光を空間的に並列に変調し、その読み出し特
性が可変であり、かつ記憶する機能を有する空間光変調
素子及び空間光変調装置に関するものである。

〔従来の技術〕

空間光変調素子（以下Ｓ　Ｌ　Ｍ　（Ｓｐａｔｉａｌ　
ＬｉｇｈｔＭｏｄｕｌａｔｏｒ　）と略す）の機能は、
２次元的なパターン（例えば画像）を書き込み光によっ
てＳＬＭに書き込み、別の光（読みだし光）によってそ
の書き込まれている２次元パターンを読み出すものであ
る．これによって画像光の増幅、しきい値処理、反転あ
るいは読み出し光と書き込み光の間のインコヒーレント
・コヒーレント変ｍ、波長変ｍ等の処理を行うことがで
きる。

従来のＳＬＭの構造としては第１１図に示すようにネマ
チソク液晶１０１を用いたものが知られている（ＯｐＬ
ｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，　ｖｏｌ．　１７
＋　ｐ．３７１．１９７８）。このＳＬＭＩＯＯの構造
においては、感光層１０２としてＣｄＳ／ＣｄＴｅのフ
ォトダイオード構造が用いられ、誘電体ミラー１０３を
介してネマチック液晶１０１が充填されている。書き込
み光１０４が照射された部分では、そのダイオード特性
によりネマチック液晶１０１にかかる電圧が増加し、液
晶のしきい値電圧を越えるため、ガラス１０５面に沿っ
て配向していた液晶軸が電圧印加方向に向《．このため
、直線偏光の読み出し光１０６では偏光面の回転が起き
ない。一方、書き込み光１０４が照射されていない部分
では、液晶軸がガラス面１０５にそって配向したままの
ため、読み出し光１０６の偏光面が回転する。このため
、図示しないアナライザを通して読み出せば、書き込み
パターンに応じたパターンを読み出すことができる．また、他の従来例として、第１２図，第１３図に示すよ
うに、より速い応答速度を持つ強誘電性液晶（以下Ｆ　
Ｌ　Ｃ　（Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｌｉｑｕｉｄ
　Ｃｒｙｓｔａｌ）と記す）を用いたものも知られてい
る（ＳＰＩＥ，νｏｌ．６８４，　ｐ．６０．　１９８
６およびＭａｔ．Ｒｅｓ．Ｓｏｃ．Ｓｙｍｐ．Ｐｒｏｃ
．　，　ｖｏｌ．１１８、ｐ．４０５．　１９８８）。

第１２図の従来例（７）ＳＬＭＩＩＯでは、感光層１１
１にＢＳＯ　（ビスマスシリコンオキサイド）を用い、
その薄片を一方のガラス基板１１２上に接着し、ＦＬＣ
Ｉ　ｌ　３が充填されている．また、第１３図の従来例
のＳＬＭ１２０では、感光層１２１としてｐ−ｉ−ｎダ
イオード構造のａ−Ｓｌ（アモルファスシリコン）膜が
用いられ、リフレクタ−１２２を介してＦＬＣｌ２３が
ガラス基Ｆｉ．１２４の間に充填されている。

しかしながら、上記従来の技術における空間光変調素子
（ＳＬＭ）では、以下のような問題点があった．（１）第１１図のＳＬＭＩＯＯの構造では、ネマチック
液晶１０１の応答速度が遅いため高々数１０＋ｍｓのス
ピードでしかＳＬＭＩＯＯは動作せず、またメモリ性も
ないため書き込みと読み出しは同時に行わなければなら
ない等の欠点がある。

（２）第１２図のＳＬＭＩＩＯの構造では、感光層１１
１のＢＳＯの応答速度が遅いため、やはり数ｌＯ鴫のス
ピードでしかＳＬＭＩＩＯは動作しない．そして、この
ＢＳＯは、赤色の光には感じないため、書き込み光には
アルゴンレーザ等特定の光を使わなければならないほど
の欠点がある。

また、ＢＳＯでは、薄片をガラス基ｖｉｌｌ２上に接着
してＳＬＭを作製する必要があるため、製作が面倒でか
つ均一な厚みに制御しにくい等の欠点がある。さらに、
このＳＬＭＩＩ（ｌにはメモリ性が無いため、常にパル
ス電圧を印加しておく必要が有り、繰り返しのない単一
パルスでは動作せず、減衰のためコントラストも低いな
どの欠点がある。

（３》　　第１３図のＳＬＭ１２０の構造では、感光層
１２１にｐ−ｉ−ｎダイオード構造のａ　−Ｓｔ膜を用
いているが、そのダイオード特性のため負電圧を印加し
たときのみしかパターンを書き込めず、また書き込み光
１２５の強度も５０ｍｅｖ／一と強い光が必要で感度が
悪いなどの欠点がある。さらに、ＳＬＭ１２０において
も同様にメモリ性が無いため、常にパルス電圧を印加し
ておく必要が有り、繰り返しのない単一パルスでは動作
せず、減衰のためコントラストも低いなどの欠点がある
。

次に従来の他の例として、光伝導層と強誘電性液晶とを
組み合わせた「光記録素子及びその記録法」　（特開昭
５９−２１６１２６）が知られている。この構造を第１
４図に示す。図中、４０１，４０１’は透明基体、４０
２，４０２’は透明導電層、４０３は光伝導層、４０４
は遮光層、４０５は誘電ミラー、４０６，４０６’は絶
縁薄層、４０７は強誘電性液晶層、４０８，４０９は直
流電圧源、４１０はスイッチ、４１１は書き込み光、４
１２は偏光板、４１３は読み出し光である．４０８ある
いは４０９の直流電圧源の接続をスイッチ４１０で切り
替えて使用し、正電圧印加または負電圧印加により双安
定スイッチングを行うものである。

この構成においては、素子中に配向膜が存在しないため
初期配向方向を長期に渡って安定に規定できないのでコ
ントラストの劣化が生じる。また、消去および書き込み
時に直流電圧源を印加し続ける記録法においては、消去
時と書き込み時とでは強誘電性液晶に印加される電圧ま
たは時間が異なるので液晶寿命が短くなるという欠点が
あった。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明は、上記問題点を解決するために創案されたもの
で、動作スピードが速く、十分なメモリ性を有し、かつ
正パルスおよび負パルスのいずれの印加状態においても
書き込み動作し、しかも両状態で反対のパターン（反転
パターン）を書き込み動作し得るような空間光変調素子
及び空間光変調装置を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記の目的を達成するための本発明の構成は、透明電極
を有する一方のガラス基板上に堆積した光伝導層、液晶
配向膜を配置し、透明電極を有する他方のガラス基板上
に液晶配向膜を配置し、上記両液晶配向膜を対向し、該
両液晶配向膜の隙間に強誘電性液晶を充填する構造から
成る空間光変調素子であり、又、上記空間光変調素子と
、上記両ガラス基板の透明電極に制御パルスとしてパル
ス幅と印加電圧を可変に設定できる駆動電源とを有する
ことを特徴とするものである．〔作　用〕本発明は、空間光変調素子において、堆積により形成し
た無極性の光伝導層を感光層とすることで感光層の応答
速度を高速化することにより、かつ高速応答性を有する
強誘電性液晶を用いることにより、空間光変調素子の動
作スピードを高速にする。一方、その空間光変調素子を
書き込み時において強誘電性液晶への印加パルスが自己
保持特性を示すしきい値以上となる制御パルスで駆動す
ることにより、十分なメモリ性を持たせる。また、無極
性の光伝導層は、正の制御パルスおよび負の制御パルス
のいずれの印加状態においても書き込み動作を可能とし
、その印加状態の変化で反転パターンの書き込みを可能
とする．〔実施例〕以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する
。

第１図は本発明の一実施例を示す構成図である。

図中、１は空間光変調素子（ＳＬＭ）　、２．２　’は
リード電極、３はＳＬＭＩを保持するホルダー４はＳＬ
ＭＩを制御パルスで駆動し、かつ読み出し光をパルス変
調する駆動電源、５は図示しない計算機によりＳＬＭＩ
を制御するための制御線（インターフェース回線）、６
はハーフミラー７はボラライザ、８はアナライザ、９は
ＳＬＭ上のデータを読み出すための読み出し光を発生す
るパルス読み出し光源である。尚、図示してないがＳＬ
Ｍ上のデータを消去するための消去光を発生するパルス
消去光源が設けられている。このパルス消去光源と前記
パルス読み出し光源９には駆動電源４から同期信号が供
給される。変調信号となる２次元パターンはＳＬＭＩの
書き込み面側に書き込み光Ｌｗとして照射されるが、そ
のとき同時に駆動電源４からＳＬＭＩに制御パルスが印
加されて書き込まれる。駆動電源４からの制御パルス出
力は、ＳＬＭＩのメモリ性を引き出すためにそのパルス
幅．電圧，極性などがマニヱアル的に設定されるか、も
しくは計算機からの命令によってプログラム的に制御さ
れる。読み出し光Ｌ．は、ボラライザ７を通って空間的
に均一な直線偏光ビームとなり、ハーフミラー６を通っ
てＳＬＭＩの読み出し面側に入射し、変調されて反射し
たのちハーフミラー６で反射され、アナライザ８を通っ
て読み出し光ＬＲ’となり強度的なパターンとして読み
出される。

第２図は上記実施例における空間光変調素子（ＳＬＭ）
のより詳細な構造を示す図であって、（ａｌは断面図、
（ｂ）は電極パターンを示すための上面図である。１１
．１１’はガラス基板、ｌ２は書き込み光に対し感光す
る光伝導層、１３は誘電体ミラー　ｌ４は強誘電性液晶
（ＦＬＣ）　、１５．１５′はＦＬＣを配向させるため
の例えばＳｉＯの斜方蒸着による配向膜、１６．１６’
，１６′は透明電極、１７はＦＬＣ１４層の厚みを一定
に保持するための例えばセラミック球のスベーサー１８
は封止かつ固定するための接着剤、１９は上の透明電極
１６′をリード電極２′と接続するための下側の透明電
極１６″と電気的に接続するための銀ペースト層である
。書き込み側の一方のガラス基板１１上には透明電極１
６．１６’を形成し、その透明電極１６上には無極性の
光伝導層１２を膜堆積の手法によって形成し、さらに光
伝導層１２上に順に誘導体ミラーｌ３と配向膜１５を形
成する。また読み出し側の他方のガラス基板Ｉｉ上には
透明電極１６′を形成し、その透明電極１６′上には配
向膜１５′を形成する。配向膜１５，１５’間は、スベ
ーサ−１７によって隙間が形成され、その隙間にＦＬＣ
１４を充填する。

上記において、強誘電性液晶（ＦＬＣ）１４は、チルト
角が２２．５度に近いもので、自己保持性の良いものを
使用する。自己保持性をよくするためには自発分極が小
さいものがよく、２０ｎＣ／ｃｍ２以下のカイラルスメ
クティクＣ液晶等が望ましい。

第３図（ａ），　（ｂ）にＦＬＣ１４の配向状態を示す
。ガラス基板１１．１１’上の配向膜（ポリイミドある
いはポリビニールアルコール膜、厚さ約５００オングス
トローム以下）は、第３図のように入射側のポラライザ
の偏光軸Ｐに対し２２．５度の方向に上下ガラス基板１
１．１１’上とも弱く配向処理する。このとき、液晶分
子１４ａは制御パルスの電界の向きに応じて、ボラライ
ザ偏光軸Ｐと同一方向か（ｕｐ状Ｇ　ｌａ）　）または
それに対し４５度の方向（ｄｏ←ｎｕ態｛ｂ｝）に揃っ
て配向する。Ｕρ状態においては、ボラライザ７（第Ｌ
図）を通ってＦＬＣ１４層に入射し反射した光は元の偏
光状態のまま戻って来る。一方ｄｏｗｎ状態においては
、ＦＬＣｌ４の屈折率異方性のため戻って来る光は偏光
面の回転が生じる。このときＦＬＣｌＡ層の厚みｄをｄ＝ｍ・λ／　（４・Δｎ），ｍ＝１．　　３，５・”
（λ：読み出し光の波長、Δｎ　：　ＦＬＣ分子の長短
方向の屈折率差）に設定すれば戻って来る光は９０度回
転することになる。但し、ＦＬＣの自己保持性を良《し
、かつ応答速度を上げるためにはＦＬＣ１４層の厚みは
薄いほどよく、その点からｍ＝ｌにｄを設定することが
望ましい。通常ｄは２μｍ程度であり、この厚みに均一
に制御するために、スベーサ−１７として直径の揃った
球状または棒状の粒子をＦＬＣ１４層内に分散させた構
造とする。

本実施例の感光層としてはアモルファスシリコン（ａ−
Ｓｔ）などの光伝導層１２が用いられる。

−ａ的には、高感度な水素ドーブされた膜として、プラ
ズマＣＶＤ法等のよりガラス基板上に形成される。従来
の技術で述べたように、ｆｉｒ−Ｖ属元素をドーブしｐ
−ｉ−ｎのダイオード構造にする例が知られているが、
その場合の動作は極性をもつため好ましくない．本実施
例ではｐ−ｉ−ｎ構造としない均一な光伝導層の構造と
し、正及び負の両極性の制御パルスに対して動作可能と
する。上記ａ−Ｓｉ膜の１２の厚さはその電気容量と抵
抗分とのバランスから決められ、２−７μｍ程度が望ま
しい。

誘電体ミラー１３は２種の誘電体膜を交互に積層した構
造からなる。誘電体膜の材質としては誘電率の大きいも
のがよく、実験例ではＴｉＯｚ，　ＳｉＯｚを交互に１
７層積層して、反射率９８％以上のミラーが得られた。

また、透明電極１６．１６’１６＃とじてはインジウム
ースズの酸化物の膜（Ｉ　Ｔｏ）等を用いることができ
る。さらにまた、読み出し光Ｌｗの強度が極端に強い場
合には、光伝導層１２への読み出し光の到達を完全に遮
蔽するために、ａ−Ｓｔ膜工２と誘電体ミラー１３の間
に絶縁体の薄い遮光膜を設けてもよい。この遮光膜の材
料としては例えば１μｍ程度の厚さのボリジアセチレン
膜や遷移金属酸化物などが適当である．以上のように構
成した実施例の動作および作用を第１図および第２図を
参照して述べる。

ボラライザ７，アナライザ８の偏光軸を直交させた状Ｂ
（直交ニコル）において、ＦＬＣ１４のｕｐ状Ｍ（負電
圧印加状態に対応）では読み出し光Ｌ，１′が暗くなり
（ｄａｒｋ），　ｄｏｗｎ状態（正電圧印加状態に対応
）では明るくなる（ｂｒｉｇｈｔ）。なお、平行ニコル
状態でも良いが、その状態では明暗が逆になる。以下は
直交ニコル状態で説明する。駆動電源４からＳＬＭＩに
印加される制御パルスと読み出し光のしＭ′出力強度の
動作を第４図に示す。

ここで用いるＦＬＣ１４の性質として、ＦＬＣ１４に印
加されるパルスの幅τと電圧ｖｆとの積τ・Ｖｆがしき
い値Ｃ　（ＦＬＣ材料に依存）以下の場合には自己保持
性が現れないが、しきい値Ｃ以上になると自己保持性が
現れる。第４図（ａ）のような電圧Ｖの制御パルスを駆
動電源４よりＳ　Ｌ　Ｍ　１に印加し、同時に消去光、
書き込み光を（ｂｌ，　（Ｃｌのように印加制御パルス
に同期させてＳＬＭＩの書き込み面側に照射したとき、
該画素のＦＬＣ１４に印加される電圧は！ｄｌのように
なる。すなわち、光が照射されたときＦＬＣＩ　４に印
加される電圧は、光伝導Ｊｉｌ２の抵抗が下がるため＋
ｖ３またはーｖｌｌとなり、光が照射されないときのＦ
ＬＣ１４の印加電圧は光伝導層１２が高抵抗のため＋Ｖ
。または−ｖＤとなる。ここでＦＬＣ１４のしきい値Ｃ
に対し、 τ・Ｖｌ＞ｃ＞τ・ＶＤとなるようにＳＬＭＩへの印加電圧Ｖを設定しておけば
、反射された読み出し光ＬＳの強度は（ｅ）のようにな
り、書き込み光し。に対応した出力が得られる。すなわ
ち、消去光パルスと同期して負電圧が印加されることに
よりＦＬＣ１４への印加電圧はＶＢとなり、ＦＬＣ１４
はｕｐ状態となり保持されるため、ＳＬＭＩの読み出し
はｄａｒｋ状態にリセットされる。つぎに書き込み光Ｌ
。パルスに同期して正の制御パルスが印加されるので、
書き込み光Ｌ。

が照射された部分ではＦＬＣ１４がｄｏｗｎ状態に保持
され、読み出し光ＬＩＩ′がｂｒｉｇｈｔ状態に保持さ
れる。書き込み光賜が照射されない部分ではτ・Ｖ，が
しきい値に達せずｄｏｗｎ状態にならないため、読み出
し光Ｌ，／はｄａｒｋ状態のままとなる。

またこのとき、ＳＬＭＩへの印加制御パルス波形の正負
を（ａ）と逆にすれば、書き込み光賜が照射された部分
に負パルスがかかるため、読みだしパターンは書き込み
パターンの反転となる。このように、本実施例のＳＬＭ
ＩではＳＬＭＩへの印加電圧の正負を変えることによっ
て、書き込みパターンに対し正常または反転の出力を得
るように制御できる。

実際に、有効面約１　ｃｔｉの作製したＳＬＭＩについ
て、書き込み光Ｌ．とじて白色光（０．　５　ｍｗ／　
ｃ＋Ｊ）、読み出し光し，としてＨｅ　−　Ｎｅレーザ
ー光（２＋ｍｗ／ｃｎ）を用い、ＳＬＭＩへの印加制御
パルスを電圧１５■．幅０，２ｍｓとして動作させた実
験例では、コントラスト２０：１以上、分解能３０本／
１１で正常パターンおよび反転パターンを読み出すこと
ができた。なお、１日以上の画像記憶が可能であった。

第５図に消去光パルスを用いない別のＳＬＭ駆動形態を
示す。この場合は消去光パルスを用いない代わりに、（
ａｌに示すように消去のためのＳＬＭ１への印加電圧Ｖ
，を書き込み時の印加電圧ｖ２よりも大きくする。即ち
（Ｃ）に示すように消去光が無くともり，に対応するＦ
ＬＣ１４への印加電圧が書き込み時の印加電圧Ｖ．と同
程度となるようにν１とｖｔの関係を設定すれば、消去
光が無くともＳＬＭＩの状態をリセットすることができ
、（ｄｌに示すように第４図と同様なＳＬＭ動作が可能
となる。

なお、上記の２つの動作において、消去，書き込み時に
おけるＳＬＭＩへの印加制御パルス波形は両極性として
あるが、単極性でも同様な動作は可能である。但し、そ
の場合には電荷の蓄積等の影響により安定でなく、動作
上多少好ましくない点が残る．このように、本発明はそ
の主旨に沿って種々に応用され、種々の実施態様を取り
得るものである。

上述した説明において、この発明の空間光変調素子が十
分な双安定性を持つためには、配向膜と強誘電性液晶と
が次の条件を満たす必要がある。

すなわち、配向膜はその層方向の電気伝導（ｃｏｎｄｕ
ｃｔａｎｃｅ　）が１０−”Ｓ／ｃｊ以上であり、強誘
電性液晶はその自発分掻が２０ｎＣ／ｃｍ２以下である
必要がある。これは、電圧パルス除去後の分極緩和を生
じさせないための条件である。次に、メモリー性と配向
膜の電気伝導あるいは自発分極との関係について述べる
。メモリー率を第６図ｆａ）で説明する．空間光変調素
子に書き込み光を照射し、かつしきい値を十分越えた電
圧＋２０Ｖ（−２０Ｖ）、１ａ＋ｓのパルス印加時の読
み出し光強度をそれぞれａ，ｃと定義し、十電圧、一電
圧印加後のメモリー状態における読み出し光強度をそれ
ぞれｂ，　　ｄと定義する。さらに（ｂ−ｄ）　／　（
ａ−ｃ）をメモリー率と定義すると、メモリー率の配向
膜電気伝導依存性は第６図（ｂｌに示されるように、ま
たメモリー率の自発分極依存性は第６図（Ｃ）に示され
るようになる。これらより前述の条件、配向膜電気伝導
１０−’Ｓ／ｃｄ以上および強誘電性液晶の自発分極２
０ｎＣ／ｃｌａ以下が導かれた。

尚、第７図（ａ）．　（ｂｌは誘電体ミラーがない空間
光変調素子の実施例を示す。第７図（ａ），　（ｂ）中
、第２図＋１！１１，　（ｂｌと同一部分は同一符号を
付してその説明を省略する。誘電体ミラーがない場合は
、配向膜ｌ５と光伝導７１１２との界面で約３０％の反
射が生じる。

次に、この発明の他の実施例について第８図〜第１０図
を参照して説明する。

この実施例においては、自己保持性を有するＦＬＣを用
い、更に印加電圧パルスの極性・電圧・時間や読み出し
光のタイミングを変えることにより、階調性選択をプロ
グラマブルとし、中間調表示を可能とする．尚、この実施例における空間光変調素子及び空間光変調
装置の構成は第１図及び第２図に図示した構成と同一で
あり、その構成の説明は省略する。

以下、この実施例における動作及び作用について述べる
。第１図に示すように、ボラライザ７，アナライザ８の
偏光軸を直交させた状態（直交ニコル）において、ＦＬ
Ｃ１５のオフ状態（負電圧印加状態に対応）では読み出
しＬｒ’が暗くなり（ｄａｒｋ）　、オン状態（正電圧
印加に対応）では明るくなる（ｂｒｉｇｈｔ）。オフお
よびオン状態はそれぞれ第８図＋ａ＋，　（Ｃ）に相当
する．平行ニコルでも読み出し可能で、この場合明暗が
逆になる．以下、直交ニコルを例にした。まず、ＦＬＣ
の印加電圧パルスと自己保持性について説明する，ＦＬ
Ｃはパルスの幅τと電圧Ｖｆとの積τ・Ｖｆがしきい値
Ｃ（ＦＬＣ材料に依存）以下の場合には自己保持性が現
れないが、しきい値Ｃ以上になると自己保持性が現れる
ため、十分なメモリー性を実現するためには、 τ・Ｖｂ＞ｃ　（Ｖｂ：光照射時にＦＬＣに印加される
電圧）（１）が満たされるようにτを設定する必要がある。式（１１
が満たされないとき、例えば前述のτに対してＶｆが十
分大きくないとき、ＦＬＣは電界印加中に遅くスイッチ
ングするが、電圧パルスはしきい値Ｃに達しないので電
界を除去すると状態は維持されず、再び元の状態に緩和
する。この緩和は電界印加によるスイッチングよりも遅
いので、読み出し光のタイミングを適当に設定すること
により中間鯛を表示することができる．ＦＬＣによる中間調表示のための動作を第８図と第９図
を用いて詳細に説明する。第８図はＦＬＣ１４への印加
電圧と配向方向との関係を示した図である．（ａ）は負
電圧印加時、（Ｃ）は正電圧印加時、（ｂｌは弱い正電
圧印加時、（ｄ）は弱い負電圧印加時を示す．以下、負
電圧で初期化、正電圧で書き込みを行い、直交ニコル読
み出しを行うモードについて述べる．第８図（ａｌに示
される負電圧印加により、ＦＬＣ分子１４をボラライザ
偏光軸に平行にして出力光をオフにする。この時、電圧
パルスはしきい値Ｃ以上の電圧、パルス幅に設定し、パ
ルス除去後も自己保持性によりオフ状態を維持させる。

このあと、しきい値Ｃを越える逆極性の電圧パルスを印
加すると第８図（Ｃ）の状態にスイッチし、保持される
。ＦＬＣによる中間調表現は、しきい値Ｃに満たない電
圧パルスを印加し適当な時間で読み出すことによって実
現される。すなわち、第８図において（ａ）の状態に初
期化し、（ｂ）のようにしきい値に満たない弱電界を印
加するとＦＬＣ分子１４は電圧印加中にオンに向かうが
、自己保持に十分なパルスではないため、オフに緩和し
ていく．この緩和の途中でのみ読み出しを行うと中間調
の読み出しができる。また、しきい値Ｃを越える負電圧
印加により第８図（Ｃ）に示されるオン状態に初期化し
、正の弱電界で書き込みを行うと反転の中間調表示が可
能である．さて、以上の動作は、本発明によれば書き込み光Ｌ一で
中間調表示のための弱電界を制御することが可能となる
。第９図に中間調動作を可能にする印加パルスを示す。

第９図中、（ａｌはＳＬＭＩへの印加電圧、（ｂ）は書
き込み光強度Ｌｗ，　（Ｃ）はＳＬＭのうちＦＬＣ層に
印加される電圧、（ｄ）は直交ニコル時のＳＬＭの反射
率、（ｅ）は読み出し光パルスＬｒ，（Ｏは読み出し光
Ｌｒ’を示す。ＳＬＭＩへの電圧パルスと読み出し光源
９へのパルス変調信号は駆動電源４により供給される。

本実施例では読み出し光！９からの読み出し光Ｌｒはレ
ーザーダイオードの直接変調光を用いたが、ハロゲンラ
ンプ光を液晶シャッターやチョッパーで変調して用いる
こともできる。図中、３周期分が示され第１．第２，第
３周期において書き込み光Ｌｗ＝０．　　５　０，１　
０　０μＷ／ｃｊのときの応答を示したものである。第
９図（ａｌにおいて、ＳＬＭへのパルス（電圧一Ｖｓ、
時間Ｔｌ）は初期化に対応し、パルス（電圧＋Ｖｓ、時
間Ｔ２）は書き込みに対応する。これらに先立つ（電圧
＋νｓ１時間ＴＩ）と（電圧−Ｖｓ，時間Ｔ２）のパル
スはそれぞれ、初期化、書き込みパルスの逆極性、同一
電圧、同一時間のパルスで、直流成分印加によるＦＬＣ
の劣化は防ぐことを目的としている。本実施例では、消
去光を用いない駆動方法について記述したが、初期化の
電気パルスと同朋して消去光パルスを印加しても良い。

この場合、消去電圧を低くしたり、消去時間を短くする
ことが可能となる。νｓ，Ｔｌは第９図（Ｃｌに示され
るようにＬｗ＝０μ一／ｃ１１のときでもＦＬＣ層への
印加パルスはしきい｛！！Ｃを越えなければならない。

一方、νｓ，Ｔ２はＬｗが十分大きい（たとえばＬｗ＝
　１　０　０μ一／ｃａｌ）ときだけＦＬＣ層への印加
電圧がＣを越え、かつＬｗがそれ以下の場合のときはＣ
以下になるように設定する。各周期におけるＳＬＭＩの
反射率は第９図（ｄ）に示され、第１周期では書き込み
時でもほとんど反射率は上がらず、第２周期では反射率
増加のあとオフへと緩和し、また第３周期では反射率は
飽和し自己保持性によりオンが維持される。このとき第
９図（ｅ）のＬ　ｒ　ｌ）に相当する読み出し光パルス
を用いると、第９図（ｆｌのＬｒ　’　（１）のような
線形性の良い中間調が得られる一方、Ｌｒ（２）相当の
読み出し光パルスを用いるとその出力はＬｒ（２》のよ
うに変調され強い２値化（しきい処理）が行われる。

実際に、有効面約ｌｅｄの作成したＳＬＭＩについて、
書き込み光Ｌｗにハロゲンランプの白色光源を、読み出
し光Ｌｒとしてヘリウムネオンレーザー（波長６３３μ
ｍ）を用い、ＳＬＭＩへの印加制御パルス（電圧Ｖｓ＝
±２０Ｖ、時間ＴＩ＝１ｍｓ、時間Ｔ２＝２　０　０μ
ｓ）を用いた実施例では、コントラスｌ−５０：１、分
解能５０本／龍で読み出すことができた。このとき読み
出し光Ｌｒのタイミングを変えることにより、第１０図
（ａｌ〜（Ｃｌのようなリミフタ特性，線形特性，しき
い特性を得ることができた。

以上の説明で明らかなように、上述の実施例によれば空
間光変調素子として自己保持性を有するＦＬＣを用い、
さらに印加電圧パルスの極性・電圧・時間や読み出し光
のタイミングを変えることによりネガ・ボジの表示モー
ド選択、しきい特性・リミッタ特性などの階調性選択が
自由にでき、ティスブレイや画像処理の分野で広く応用
することができる。

〔発明の効果〕

以上の説明で明らかなように、本発明によれば、空間光
変調素子の構成として自己保持性のあるＦＬＣと高速応
答の光伝導層を用いているため、高速で減衰のない高コ
ントラストかつメモリ機能をもつ空間光変調動作が可能
となるなどの利点があり、画像の変換，表示，光メモリ
等に利用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す構成図、第２図（ａｌ
，　（ｂｌは本発明の空間光変調素子の構造図、第３図
ｆａｎ，　（ｂ）は本実施例の液晶の配向状態の説明図
、第４図，第５図は本実施例における制御パルスと応答
動作を示す波形図、第６図は本実施例における配向膜抵
抗と自発分極の数値限定を説明するための特性図、第７
図は本発明の他の実施例を示す構成図、第８図〜第１０
図は本発明の別の実施例を説明するための説明図、第１
１図〜第１４図は従来の技術を説明するための従来例の
構造図である。１・・・空間光変調素子（ＳＬＭ）　、２．２　’・・
・リード電極、４・・・駆動電源、６・・・ハーフミラ
ー、７・・・ポラライザ、８・・・アナライザ、１１．
１１’・・・ガラス基板、１２・・・光伝導層、１３・
・・誘電体ミラ１４・・・強誘電性液晶、１５．１５’
・・・配向膜、１６．１６’，１６’・・・透明電極、
１７・・・スベ−サー（ａ）リミ・・ノ勺１）・１王（ｂ）　鷹さ＠刑−＋！　’ｉ二葺二（Ｃ）しモシ（ノ１１シ・｝ｌ第１０図１０４一書１｛ｉ｝１｛第　１１　囚？１２４第｛｛・　剖ジト出し兄１３　図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）透明電極を有する一方のガラス基板上に堆積した
光伝導膜、液晶配向膜を配置し、透明電極を有する他方
のガラス基板上に液晶配向膜を配置し、前記両液晶配向
膜を対向させ、この両液晶配向膜の間隙に強誘電性液晶
を充填したことを特徴とする空間光変調素子。
（２）前記液晶配向膜は層方向への電気伝導が１０＾−
＾６Ｓ／ｃｍ＾２以上であることを特徴とする請求項１
記載の空間光変調素子。
（３）前記強誘電性液晶は自発分極が２０ｎＣ／ｃｍ＾
２以下のカイラルスメクティックＣ液晶を用いたことを
特徴とする請求項１記載の空間光変調素子。
（４）前記光伝導膜と前記液晶配向膜の間に誘電体ミラ
ーを挿入したことを特徴とする請求項１記載の空間光変
調素子。
（５）透明電極を有する一方のガラス基板上に堆積した
光伝導膜、液晶配向膜を配置し、透明電極を有する他方
のガラス基板上に液晶配向膜を配置し、前記両液晶配向
膜を対向させ、この両液晶配向膜の間隙に強誘電性液晶
を充填してなる空間光変調素子と、前記両ガラス基板の透明電極に制御パルスとしてパルス
幅と印加電圧を可変に設定できる駆動電源とを具備した
ことを特徴とする空間光変調装置。
（６）透明電極を有する一方のガラス基板上に堆積した
光伝導膜、液晶配向膜を配置し、透明電極を有する他方
のガラス基板上に液晶配向膜を配置し、前記両液晶配向
膜を対向させ、この両液晶配向膜の間隙に強誘電性液晶
を充填してなる空間光変調素子と、この空間光変調素子上のデータを消去するための消去光
を発生するパルス消去光源と、前記空間光変調素子上のデータを読み出すための読み出
し光を発生するパルス読み出し光源と、前記空間光変調
素子に駆動電気パルスを印加し、前記パルス消去光源と
前記パルス読み出し光源に同期信号を供給する駆動電源
とを具備したことを特徴とする空間光変調装置。
（７）前記光伝導膜と前記液晶配向膜の間に誘電体ミラ
ーを挿入したことを特徴とする請求項（５）又は（６）
記載の空間光変調装置。