JPH035736A - 光フリップフロップアレイ - Google Patents

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】 〈産業上の利用分計〉 本発明は、光学的に並列にデータを容き込み、あるいは
読み出すことができる光フリップフロップアレイに関す
るものである。

〈従来の技術〉 従来この種の光フリップフロップアレイとしては、第５
図（１）に示されるよに液晶ライトバルブアレイ０１，
０２、偏光器１１！器０３゜０４、偏光器ｏｓ、ｏｓ及
び鋺０７，０８を組み合せて、セット人力Ｓあるいはリ
セット人力Ｒとして光信号を読み入ませると、Ｑ出力及
びｑ出力として光信号を読み出すようにしたものが知ら
れている（Ａｐｐｌｉｅｄ　０ｐｔｉｅｓ、Ｖｏｌ。

２３、Ｎへ１３．　ｐｐ２１８３−２１７１（１９８４
））。

ここで、その電気的な等価回路を第５図（２）に示すよ
うに、液晶ライトバルブ０１，０２にはメモリ機能がな
いため、液晶ライトバルブ０１，０２はＮＯＲゲート０
９，０１０として用いて、両方のゲー）０９，０１０の
出力を他方の入力に戻すといった構造によりメモリー性
を実現している。

尚、ｑはプール代数におけろ否定を示すものである。

〈発明が解決しようとする課題〉 しかしながら、従来の光フリツプフロツプアレイは、ネ
マティック液晶を用いろために応答が遅く　（約１０　
ｍ　ｓ　）　、また光によるフィードバック構成を必要
としているので、複雑な光学系となる欠点がある。

本発明は、以上のような背景の下になされたもので、応
答時間が短く、スタティックなメモリー性を有し、構成
が簡単な光フリップフロップアレイを提供することを目
的とするものである。

〈課題を解決するための手段〉 斯かる目的を達成するための本発明の構成はセット入力
あるいはリセット入力として光信号を並列に書き込み、
かつＱ出力及びｑ出力として光信号を並列に読み出す光
フリップフロップアレイにおいて、空間光変調器と、書
き込み光学系と、読み出し光学系と、パルス発生器とか
らなり、前記空間光変調器は２枚のガラス基板の間に透
明電極、光導電膜、誘電体ミラー、液晶配向膜、強誘電
性液晶、液晶配向膜を順に積層して構成される一方、前
記書き込み光学系は光検出器と、セット入力あるいはリ
セット入力として入力される光信号を該光検出器と前記
空間光変調器の前記光導電膜側へと分光する一又は二以
上のビームスプリッタとを具え、更に、前記読み出し光
学系は前記空間光変調器に前記強誘電性液晶側から所定
の偏光を入射させるレーザダイオードと、前記誘電体ミ
ラーにより反射した前記偏光を偏向方向によりＱ出力及
び回出力として分岐する偏光分離ミラーとを具え、しか
も、前記パルス発生器は前記光検出器による光信号の検
出に応じて前記透明電極間に通電して前記強誘電性液晶
の偏向方向を可変することを特徴とする。

また、上記発明において前記空間光変調器から前記誘電
体ミラーを省略し、前記レーザダイオードから所定の偏
光を前記空間光変調器の前記光導電膜側に入射させ、前
記強誘電性液晶側へと通過した前記偏光を前記偏光分離
ミラーにより偏光方向によりＱ出力及びｑとして分岐す
るようにしても、上記目的を達成することができろ。

く作　　　用〉 例えば、セット入力として入力された光信号をビームス
プリッタにより、光検出器と空間光変調器の光導電膜側
とに分光すると、光導電膜は、光照射部のみが低抵抗と
なり非照射部は高抵抗となる。このため、光検出器によ
り光信号が検出されて、パルス発生器により、透明電極
間に通電しても、光導電膜の高抵抗の部分に対応する強
誘電性液晶の部分には電圧は印加されない。

つまり、光導電膜の高抵抗に対応する強誘電性液晶の部
分では液晶の配向方向が変化せず、変化するのは、光導
電膜の低抵抗の部分に対応する部分だけである。一方、
レーザダイオードから出力された所定の偏光を空間光変
調器の強誘電性液晶側から入射させろと、誘電体ミラー
により反射され強誘電性液晶を往復して通過する際に、
電圧が印加され液晶の配向方向が変化した部分について
のみ、偏向方向が変化することになる。従って、この反
射光が偏光分離ミラーにより、その偏向方向により分岐
され、Ｑ出力及び莫出力として出力される。

一方、リセット入力の場合には、パルス発生器により透
明電極間に加わる電圧が逆となり、強誘電性液晶の偏向
方向が逆となり、更には、これを通過する偏光の偏向方
向が逆になる他は上記と同様である。

く実　施　例〉 以下、本発明を図面に示す実施例に基づいて詳細に説明
する。

第１図及び第２図に本発明の一実施例を示す。第１図に
示すように本発明の光フリップフロップアレイは空間光
変調器１ａ、書き込み光学系２ａ、読み出し光学系３ａ
及びパルス発生ｉ４ａから構成させている。ここで、書
き込み光学系２ａは、シリコンフォトダイオード等の光
検出器２１ａ、　２　ｌｂ、レンズ２２ａ。

２２ｂ１　ミラーユニット２３ａ、ハーフミラ−２３１
，２３２，２３３を具えている。また、読み出し光学系
３ａは、レンズ２２Ｃ。

ミラーユニット２３ｂ１ハーフミラ−２３４、偏光分離
ミラー２３５、発進波長６７０ｎｍの可視光１ｎＧａＡ
Ｊ！Ｐｌｚ−ザダイオード３１ａを具えて５）る。空間
光変調器１ａについては、その断面図を第２図に示すよ
うに、ガラス基板１ａ、ｌｂの間に透明電極１６ａ、光
伝導膜１２、誘電体ミラー１３、液晶配向膜１５、強誘
電性液晶１４、液晶配向膜１５、透明電極１６ｂを順に
積層したものである。液晶配向膜１５の間には、強誘電
性液晶の厚さを設定するためにスペーサ１７が介装され
ている。

ガラス基板１１ａ、ｌｌｂの周囲には封止材１８が密着
して形成さている。ガラス基板１ａ上には、透明電極１
６ａと絶縁した透明電極１６ｃが形成され、仏壇性ペー
スト１９により透明電極１６ｂに電気的に接続している
。

光伝導膜１２はａ−３ｉ：Ｈであり、プラズマＣＶＤ法
で厚ざ５μｍに成膜され、伝導は１型である。誘電体ミ
ラー１３は、読み出し光（６７０ｎｍ）を反射し得るよ
う、それぞれ光学長さｎ−ｄが四分の一波長すなわち１
６８　ｎｍに設定された酸化チタンと酸化珪素を交互に
合計で１５膜成膜したものであり、その波長においては
９９％以上の反射率である。強誘電性液晶１４の屈折率
異方性はΔｎ＝０．１３で、厚さはスペーサ１７により
１．５μｍとした。強誘電性液晶１４のチルト角は２２
．５度で、自発分極は１０ｎｃ／ｃｊであった。液晶配
向膜１５はポリビニルアルコール膜を用い、第２図（２
）に示すように、ガラス基板１１ａ。

１１ｂの長手方向（ｙ軸）に対して２２．５度の角度に
ラビング処理を施した。透明電ｔＥＦ＋１６ａ。

１６　ｂ、　　１６　ｃとしては錫ドープ酸化インジウ
ム（ＩＴＯ）膜を用いた。

次に、このような空間光変調器１ａの動作原理について
、第３図を参照して説明する。

第３図（１１（２１ば、光伝導膜１２側から光照射（Ｐ
Ｌ、１＝Ｐ０）された部分についてであり、同図ｆ３１
　（４１は非照射（Ｐｕ＝０）の部分についてである。

また、同図（１）　（３）は透明電極１６　ａ、　１６
　ｂ岡に正電圧（ｖ＝＋ｖ０）を印加し、同図＋２）　
ｆ４）は負電圧（Ｖ＝−Ｖｏ）を印加したものである。

即ち、第３図（１）に示すように光照射を受けた光伝導
膜１２は低抵抗状態となるので、正電圧の大半は強誘電
性液晶１４に印加され、該液晶の分子軸（よｙ軸に対し
４５度に傾斜する。

この強誘電性液晶１４の固有の特性により、この配向状
態は、電圧印加および光照射が除去されても保持される
。ここで、強誘電性液晶１４側からＳ偏光を入射すると
、誘電体ミラー１３により反射され、強調′心体液晶１
４の複屈折効果により、反射光はＰ偏光として読み出さ
れる。

次に、第３図（２）では、負電圧の大半は強誘電性液晶
１４に印加されるため、該液晶１４の分子軸はｙ軸に対
し平行となる。このため、強誘電性液晶１４側からｓｇ
光を入射すると、誘電体ミラー１３により反射され、強
誘電性液晶１４をそのまま通過して、Ｓ偏光として読み
出される。尚、この配向状態も強誘電性液晶１４にとっ
て、安定状態であるので、電圧印加及び光照射を除去し
ても、その状態は保持される。

一方、第３図（３）　（４）においては、光伝導膜１２
は光の照射を受けていないため、高抵抗状態であり、透
明電極１６　ａ、　１６　ｂ間に正電圧、負電圧を印加
しても、強誘電体液晶１４にはほとんど電圧は加わらな
い。従って、液晶分子の配光は変化せず、電圧印加前の
状態が保持されることになる。例えば、電圧印加前の状
態が第３図（１）に示すように、液晶の分子軸がｙ軸に
対し４５度傾斜していれば、ＳＩＩ光の入射によ）ＩＰ
偏光が反射光として読み出されるが、同図（２）に示す
ようにｙ軸に平行であると、Ｓ偏光がそのまま反射光と
して読み出されることになる。

このような空間光度ｉｌｉ器１ａを用いた本実施例の光
フリップフロップアレイについての動作を、第１図を参
照して次に説明する。

まず、セット入力として光信号を入射すると、この光信
号はハーフミラ−２３１において２本に分岐され、一方
は直進し空間光変調器１ａに入射し、もう一方は反射し
レンズ２２ｂで集光されて光検出器２１ｂに入射する。

ここで、セット入力は光線のパターンからなるため、空
間光変調器１ａにおいて光伝導膜１２には光照射部と非
照射部が生じることになる。

前述したように光伝導膜１２は光照射部のみが低抵抗状
態となるが、非照射部は高抵抗状態のままである。一方
、光検出器２１ｂによりセット入力が検出されると、パ
ルス発生器４ａは第１図に示すセットパルスを空間光変
調器１ａの透明電極１６ａ、１６ｂ間に出力する。セッ
トパルスは、強誘電性液晶１４が帯電による短寿命化す
るのを避けるため、両極性パルスとしたが、後方のパル
スが正電圧であるので、強誘電性液晶１４に対しては正
電圧として働く。このため、光伝導膜１２９、光照射部
に対応する強誘電性液晶１４の部分は、液晶分子がｙ軸
に対し４５度傾斜し、その非照射部に対応する強誘電性
液晶１４の部分は、電圧印加前の状態が保持されたまま
となでいる（第３図（１）　（３）参照）。

一方、レーザダイオード３１ａから読み出し光として出
力されてるＳ偏光・赤色光は、レンズ２２Ｃ１ハーフミ
ラ−２３４を経て平行ビームとして空間光変調器１ａに
入射する。

このＳ偏光・赤色光は、誘電体ミラー１３で反射し、強
誘電性液晶１４を通過する際に、部分的にｐｍ光となり
、あるいはｓｌｆ、光のまま通過し、ハーフミラ−２３
４で方向転換され、偏光分離ミラー２３５を通過した光
（ｐ偏光）はＱ出力として読み出され、また偏光分離ミ
ラー２３５で反射した光（５ｇ光）はマ出力として読み
出される。

同様にリセット入力として入射される光信号はハーフミ
ラ−２３２により２本に分岐さし、一方は直進しハーフ
ミラ−２３３で反射して空間光変調器１ａに入射し、他
方は反射して、レンズ２２ａで集光されて光検出器２１
ａに入射する。光検出＃２１ａによりリセット入力が検
出されると、パルス発生器４ａが第１図にリセットパル
スを空間光変調器１ａに印加する。リセットパルスはセ
ットパルスの極性を逆にしたパルスである。このため、
強誘電性液晶１４においては、光電導膜１２の光照射部
に対応する部分についてだけ、負電圧が印加され、液晶
分子がｙ軸と平行に配向する（第３図（２）　（４１参
照）。レーザダイオード３１ａから出力される読み出し
光の動作については、セット入力の場合と同様に読み出
される。このような結果を第６図に真理値表としてまと
めて示す。

本実施例においては、空間光変調器の有効石をＩＸｌｅ
ｗｒとし、セット入力、リセット入力および読み出し光
ともに波長６７０ｎｍ、書き込み光パワー０．１　ｍｗ
／ｃｄ、読み出し光パワ１　ｍ　ｗ／ｃ４変調器への印
加電圧を士■。＝±２０ｖ１パルス幅（正極、負極とも
）３００μＳとしたとき、解像度（アレイ数）１００Ｘ
１００、ＯＮ１０　Ｆ　Ｆ比２０：　１の特性であり、
書き込まれたデータは１日辺上記位保持することができ
た。

次に、本発明の他の実施例について第４図を参照して説
明する。

本実施例は７、書き込み光と読み出し光の波長を別の波
長に設定し、空間光変調器１ｂから誘電体ミラーを省略
し、レーザダイオード３１ｂから出力される読み出し光
を空間変調器１ｂ内で反射させずに、通過させろように
したものである。即ち、本実施例の光ブリップフロップ
は空間光変調器は空間光変調器１ｂ。

書き込み光学系２ｂ、読み出し光学系３ｂ。

パルス発生器４ｂとから構成される。空間光変調器１ｂ
は誘電体ミラーを省略した他は、前記の空間光変調器１
ｃと同様の構造であるが、反射型でなく透過型であるの
で、強誘電性液晶の光学長を２倍にするためスペーサの
長径を３μｍとした。書き込み光学系２ｂは、シリコン
フォトダイオードの光検出５２１ｃ。

２１ｄルンズ２２ｄ１ハーフミラ−２３６゜波長分離ミ
ラー２３７、Ｅシーユニット２３ｃを具えている。読み
出し光学系３ｂは、ミラ−ユニット２３ｄ１情光分離ミ
ラー２３８、発振波長８３０　ｎｍのＧａＡＪＡｓレー
ザダイオード３１ｂを具えている。

本実施例の動作は、次の通りである。セット入力として
光信号（波長６３３ｎｍ）が入射されると、この光信号
はハーフミラ−２３６において反射され、波長分離ミラ
ー２３７を経て空間光変調器１ｂに入射する。波長分離
ミラー２３７は、７５０　ｎｍより波長を透過し、短波
長を反射するダイクロイックミラーである。セット入力
は上記実施例と同様の光線パターンにパルス発生器４ｂ
を起動するためのセットクロック光を含めたものである
。

セットクロック光は光線パターンの一部を利用したもの
で、セット用光検出器２１ｃに入射する。セットクロッ
ク光が検出されたとき、パルス発生９４ｂから図中に示
されるセットパルスが発生され、空間光変調器１ｂに印
加される。セット入力の光線パターン照射部のみ該変調
器１ｂ内の光伝導膜の抵抗が低下するため、強誘電性Ｍ
品分子はｙ軸に対し４５度傾斜し、安定する。読み出し
光はレーザダイオード３１ｂからのＳｇｓ光・赤外光が
用いられ、レンズ２２ｄと波長分ｌｌｌ！ミラー２３７
で反射され平行ビームとして空間光変調器１ｂの光伝導
膜および強誘電性液晶を透過し、偏光分子ａＺシラー３
８を透過した光（ｐ偏光）はフリップフロラのＱ出力と
して読み出され、また偏光分離ミラー２３８で反射され
た光（５ｇ光）は見出力として読み出される。セット入
力の波長はＨ−３ｉ：Ｈの吸収端より短波長であるため
光伝導膜で吸収され、読み出し側へは透過しない。読み
出し光の波長はａ−３ｉ＝Ｈの吸収端より長波長である
ため、読み出し光ビームは空間光変調器１ｂを透過して
出力９２党となる。

また、リセット入力については、リセット入力として光
信号（波長６３３ｎｍ）が入射されると、この光線パタ
ーンはハーフミラ−２３６において透過され、波長分離
ミラー２３７を経て空間光変調器１ｂに入射する。リセ
ット入力についてもセット入力の場合と同様に、光線パ
ターンにリセットクロック光を含めたものでりリセット
クロック光は光線パターンの一部であり、リセット用光
検出器２１ｄに入射する。リセットクロック光が検出さ
れたとき、パルス発生器４ｂからリセットパルスが発生
され、空間光変調器１ｂに印加される。

リセット入力の光線パターン照射部のみ該変調器１ｂ内
の光伝導膜の抵抗が低下するため、強誘電性液晶分子は
ｙ軸と平行に配向し安定ずろ。出力Ｑ、フはセット時と
同様にして読み出される。

本実施例においては、空間光変調器の有効面をｌＸ１ｃ
ｄとし、セット入力およびリセット入力の波長６３３ｎ
ｍ、読み出し光波長８３０　ｎｍ。

右き込み光パワー０．１　ｍｗ／ｃｎｒ　、読み出し光
パワー１ｍｗ／ｄ、変調器への印加電圧を士ｖ０＝±２
０Ｖ、パルス幅（正極、負極とも）３００μｓとしたと
き、解像度（アレイ数）　　１００Ｘ１００、ＯＮ１０
　Ｆ　Ｆ比２０：　１の特性で前期実施例と同様の特性
が得られた。

〈発明の効果〉 以上、実施例に基づいて具体的に説明しｔコように、本
発明は強誘電性液晶を利用しているので応答時間が短く
、またスタティックなメモリー性を有し、フィードバッ
ク回路が不要となって構成を簡素化することができる。

このため発明の光フリップフロップアレイは高速かつ並
列にアクセススルことを必要とする画像処理・光計測な
どお処理装置やビデオデｆスクプレイなどの放送・表示
機器などに応用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明における一実施例を示す構成図、第２
図（１）　Ｆ２１は、上記実施例におけろ空間光変調器
の断面図、平面図、第３図（１）　（２）　Ｆ３１　（
４１は、上記実施例における空間光変調器の動作を示す
説明図、第４図は、本発明における他の実施例を示す構
成図、第５図（１）は、従来の光フリップフロップアレ
イの構成図、第５図（２）は同図（１）の電気的等価回
路、第６図は、本発明における動作および論理表である
。 図面中、 ｌａ、ｌｂは空間光変調器、 ２ａ、２ｂは書き込み光学系、 ３ａ、３ｂば読み出し光学系、 ４ａ、４ｂはパルス発生器、 １１ａ、Ｉｌｂはガラス基板、 １２は光伝導膜、 １３は誘電体ミラー ４は強誘電性液晶、 ５は配向膜、 ６ａ、１６ｂは透明電極、 ７はスペースサー ８は封止材、 ９は伝導性ペースト、 ｌａ、２１ｄは光検出器、 ２ａ、２２ｄはレンズ、 ３ａ、２３ｄはミラーユニット、 ３１．２３４，２３６はハーフミラ− ３５，２３８は偏光分離ミラー ３７は波長分離ミラーである。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）セット入力あるいはリセット入力として光信号を
   並列に書き込み、かつＱ出力及び■出力として光信号を
   並列に読み出す光フリップフロップアレイにおいて、空
   間光変調器と、書き込み光学系と、読み出し光学系と、
   パルス発生器とからなり、前記空間光変調器は２枚のガ
   ラス基板の間に透明電極、光導電膜、誘電体ミラー、液
   晶配向膜、強誘電性液晶、液晶配向膜を順に積層して構
   成される一方、前記書き込み光学系は光検出器と、セッ
   ト入力あるいはリセット入力として入力される光信号を
   該光検出器と前記空間光変調器の前記光導電膜側へと分
   光する一又は二以上のビームスプリッタとを具え、更に
   、前記読み出し光学系は前記空間光変調器に前記強誘電
   性液オートと、前記誘電体ミラーにより反射した前記偏
   光を偏向方向によりＱ出力及び■出力として分岐する偏
   光分離ミラーとを具え、しかも、前記パルス発生器は前
   記光検出器による光信号の検出に応じて前記透明電極間
   に通電して前記強誘電性液晶の偏向方向を可変すること
   を特徴とする光フリップフロップアレイ。
2. （２）請求項（１）において前記空間光変調器から前記
   誘電体ミラーを省略し、前記レーザダイオードから所定
   の偏光を前記空間光変調器の前記光導電膜側に入射させ
   、前記強誘電性液晶側へと通過した前記偏光を前記偏光
   分離ミラーにより偏光方向によりＱ出力及び■として分
   岐するようにしたことを特徴とする光フリップフロップ
   アレイ。