JPH06273794A - 液晶空間光変調器及びその駆動方法 - Google Patents
液晶空間光変調器及びその駆動方法Info
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- JPH06273794A JPH06273794A JP5915893A JP5915893A JPH06273794A JP H06273794 A JPH06273794 A JP H06273794A JP 5915893 A JP5915893 A JP 5915893A JP 5915893 A JP5915893 A JP 5915893A JP H06273794 A JPH06273794 A JP H06273794A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 液晶を用いた空間光変調器及びその駆動方法
において、変調材料として用いる液晶組成物を液晶層よ
りも小さい固有ピッチと３０ｎｃ／ｃｍ2以上の自発分
極を有する常温でカイラルスメクチィック相を示す強誘
電性液晶組成物とする事により、メモリ状態においても
階調を表現する事を可能とする。 【構成】 図１に本発明による空間光変調器の構成を示
す。電極を有する一対のガラス基板１１ａ、１１ｂの一
方の電極上に光導電層１５を具備し、両基板に液晶分子
を配向させる膜１３ａ、１３ｂを設け、これを一定の間
隙に制御して対向させ、間隙に強誘電性液晶層１４を狭
持し、光導電層側から書き込み光１６によって画像を書
き込み、対向側から読み出し光１７によって書き込まれ
た画像を読み出す。書き込み側または読み出し側から階
調を制御するためにバイアス光が照射され、メモリ状態
に於いても階調を表現する事が出来る。
において、変調材料として用いる液晶組成物を液晶層よ
りも小さい固有ピッチと３０ｎｃ／ｃｍ2以上の自発分
極を有する常温でカイラルスメクチィック相を示す強誘
電性液晶組成物とする事により、メモリ状態においても
階調を表現する事を可能とする。 【構成】 図１に本発明による空間光変調器の構成を示
す。電極を有する一対のガラス基板１１ａ、１１ｂの一
方の電極上に光導電層１５を具備し、両基板に液晶分子
を配向させる膜１３ａ、１３ｂを設け、これを一定の間
隙に制御して対向させ、間隙に強誘電性液晶層１４を狭
持し、光導電層側から書き込み光１６によって画像を書
き込み、対向側から読み出し光１７によって書き込まれ
た画像を読み出す。書き込み側または読み出し側から階
調を制御するためにバイアス光が照射され、メモリ状態
に於いても階調を表現する事が出来る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は画像処理装置、光情報処
理用空間光変調器等に応用される光書き込み型液晶空間
光変調器及びその駆動方法に関するものである。
理用空間光変調器等に応用される光書き込み型液晶空間
光変調器及びその駆動方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、液晶を用いた空間光変調器は入力
された画像情報を、リアルタイムで強度変調出力する素
子として用いられている。一般には表面安定化強誘電性
液晶を変調材料として用いた二値化デバイスが知られて
いる。また、筆者らは、特願平０２−２３９５９４によ
って、上記素子に於て連続階調を有する出力を得る駆動
方法をも示した。
された画像情報を、リアルタイムで強度変調出力する素
子として用いられている。一般には表面安定化強誘電性
液晶を変調材料として用いた二値化デバイスが知られて
いる。また、筆者らは、特願平０２−２３９５９４によ
って、上記素子に於て連続階調を有する出力を得る駆動
方法をも示した。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の表面安
定化強誘電性液晶を用いた空間光変調器及びその駆動方
法によっては、上記特願平０２−２３９５９４に於いて
示したような方法を用いて連続駆動状態では階調表現が
可能となるものの、メモリ状態で階調を表現する事は不
可能であった。
定化強誘電性液晶を用いた空間光変調器及びその駆動方
法によっては、上記特願平０２−２３９５９４に於いて
示したような方法を用いて連続駆動状態では階調表現が
可能となるものの、メモリ状態で階調を表現する事は不
可能であった。
【０００４】
【課題を解決するための手段】そこで、この発明は上記
問題を解決するために、従来のこのような課題を解決す
るため、液晶を用いた空間光変調器及びその駆動方法に
於いて、変調材料として用いる液晶組成物を、液晶層厚
よりも小さい固有ピッチと３０ｎｃ／ｃｍ2以上の自発
分極を有する常温でカイラルスメクティック相を示す強
誘電性液晶組成物とする事により、メモリ状態に於いて
も階調を表現する事を可能とするものである。
問題を解決するために、従来のこのような課題を解決す
るため、液晶を用いた空間光変調器及びその駆動方法に
於いて、変調材料として用いる液晶組成物を、液晶層厚
よりも小さい固有ピッチと３０ｎｃ／ｃｍ2以上の自発
分極を有する常温でカイラルスメクティック相を示す強
誘電性液晶組成物とする事により、メモリ状態に於いて
も階調を表現する事を可能とするものである。
【０００５】
【作用】従来の表面安定化強誘電性液晶を用いた空間光
変調器と本発明による空間光変調器の書き込み光強度に
対する読み出し光強度の変化を図３に示す。（ａ）に従
来の表面安定化強誘電性液晶を用いた空間光変調器を、
（ｂ）に本発明による空間光変調器を示している。
（ａ）、（ｂ）を比較して明らかなように、（ｂ）は書
き込み光強度の増加に対して読み出し光強度の変化がな
だらかになっている部分がある。この部分を階調があら
わせる範囲31として矢印で示してある。この範囲では、
書き込み光強度が強くなるにつれて面内に小さな反転ド
メインが生成され次第にその数が増加していき、最終的
に面内全てが反転していく様子が観察される。しかもこ
の小さな反転ドメイン一つ一つがその状態で安定してお
りメモリー性を有している。このような特性を利用して
階調があらわせる範囲31内でメモリー期間においても階
調性を維持できる空間光変調器を実現することができ、
よって強誘電性液晶空間光変調器の応用範囲を飛躍的に
増大させる事ができる。
変調器と本発明による空間光変調器の書き込み光強度に
対する読み出し光強度の変化を図３に示す。（ａ）に従
来の表面安定化強誘電性液晶を用いた空間光変調器を、
（ｂ）に本発明による空間光変調器を示している。
（ａ）、（ｂ）を比較して明らかなように、（ｂ）は書
き込み光強度の増加に対して読み出し光強度の変化がな
だらかになっている部分がある。この部分を階調があら
わせる範囲31として矢印で示してある。この範囲では、
書き込み光強度が強くなるにつれて面内に小さな反転ド
メインが生成され次第にその数が増加していき、最終的
に面内全てが反転していく様子が観察される。しかもこ
の小さな反転ドメイン一つ一つがその状態で安定してお
りメモリー性を有している。このような特性を利用して
階調があらわせる範囲31内でメモリー期間においても階
調性を維持できる空間光変調器を実現することができ、
よって強誘電性液晶空間光変調器の応用範囲を飛躍的に
増大させる事ができる。
【０００６】
【実施例】以下に図面を用いて本発明を詳細に説明す
る。図１は、本発明による空間光変調器の構造を示す模
式図である。液晶分子を挟持するためのガラス基板11a、
11bとして、両面をHe-Neレーザー波長に於て平行平面度
λ/5以下に研磨した厚さ５mmの透明ガラス基板を用い
た。両基板の表面にはＩＴＯ透明電極層12a、12bを設け
た。光による書き込み側の透明電極層12a上には２．５
μｍの厚さの水素化アモルファスシリコン（a-Si:H）光
導電膜15を形成した。光分離用誘電体ミラーは、この光
導電膜15上に形成される。さらに両基板の表面にナイロ
ンを塗布しラビング処理を施し、且つ組み合わせた状態
で書き込み側及び読み出し側の基板上のラビング方向が
一致するように配向膜層13a、13bを設けた。この配向膜
はポリイミド膜でもよく、ラビングは片側処理だけでも
差し支えない。
る。図１は、本発明による空間光変調器の構造を示す模
式図である。液晶分子を挟持するためのガラス基板11a、
11bとして、両面をHe-Neレーザー波長に於て平行平面度
λ/5以下に研磨した厚さ５mmの透明ガラス基板を用い
た。両基板の表面にはＩＴＯ透明電極層12a、12bを設け
た。光による書き込み側の透明電極層12a上には２．５
μｍの厚さの水素化アモルファスシリコン（a-Si:H）光
導電膜15を形成した。光分離用誘電体ミラーは、この光
導電膜15上に形成される。さらに両基板の表面にナイロ
ンを塗布しラビング処理を施し、且つ組み合わせた状態
で書き込み側及び読み出し側の基板上のラビング方向が
一致するように配向膜層13a、13bを設けた。この配向膜
はポリイミド膜でもよく、ラビングは片側処理だけでも
差し支えない。
【０００７】なお光導電膜15は、硫化カドミウム等の他
の材料を用いても問題なく、また膜厚は誘電体ミラー及
び液晶層の厚みによって最適値が変動するものであっ
て、０．５〜３．５μｍの範囲内で上記各膜の電気的特
性及び膜厚を勘案して設定される。
の材料を用いても問題なく、また膜厚は誘電体ミラー及
び液晶層の厚みによって最適値が変動するものであっ
て、０．５〜３．５μｍの範囲内で上記各膜の電気的特
性及び膜厚を勘案して設定される。
【０００８】次に、1.8 μｍの平均粒径を持つシリカ球
を外周シール材に混合分散し、凸版印刷法を用いて前記
シール材を印刷塗布した後２枚の基板を接着し、強誘電
性液晶層14を狭持する間隙を形成した。強誘電性液晶組
成物としては、固有ピッチ０．３μｍ、自発分極１００
ｎｃ／ｃｍ2の組成物を用い、アイソトロピック相迄昇
温したのち、真空注入しスメクチックＣ相迄徐冷して均
一な配向を得た。
を外周シール材に混合分散し、凸版印刷法を用いて前記
シール材を印刷塗布した後２枚の基板を接着し、強誘電
性液晶層14を狭持する間隙を形成した。強誘電性液晶組
成物としては、固有ピッチ０．３μｍ、自発分極１００
ｎｃ／ｃｍ2の組成物を用い、アイソトロピック相迄昇
温したのち、真空注入しスメクチックＣ相迄徐冷して均
一な配向を得た。
【０００９】図２に本発明よる空間光変調器の駆動方法
の波形を示す。波形は、有効面の消去を行う第一のパル
ス21と、書き込みを行う第一のパルスと逆の極性を有す
る第二のパルス22、及びメモリー期間23が連続したもの
で、読み出しはメモリー期間23に行われる。ここで書き
込み側または読み出し側から照射されるバイアス光の強
度を変化させると、それにともなって強誘電性液晶層に
分圧される電圧が変化する。この時変調材料として従来
技術の表面安定化強誘電性液晶を用いると、分圧された
電圧があるしきい値に達すると有効面全面の液晶分子が
反転してしまうため階調を表すことができなかったが、
本発明の空間光変調器の強誘電性液晶を変調材料とした
場合、電圧に対して急峻なしきい値を持たず部分的なド
メインを生成しながら反転していくので、全面反転する
までの間に階調性が現れている。このような特性を利用
することにより書き込み側または読み出し側から照射す
るバイアス光の強度を制御することで階調性を制御する
ことも可能としている。
の波形を示す。波形は、有効面の消去を行う第一のパル
ス21と、書き込みを行う第一のパルスと逆の極性を有す
る第二のパルス22、及びメモリー期間23が連続したもの
で、読み出しはメモリー期間23に行われる。ここで書き
込み側または読み出し側から照射されるバイアス光の強
度を変化させると、それにともなって強誘電性液晶層に
分圧される電圧が変化する。この時変調材料として従来
技術の表面安定化強誘電性液晶を用いると、分圧された
電圧があるしきい値に達すると有効面全面の液晶分子が
反転してしまうため階調を表すことができなかったが、
本発明の空間光変調器の強誘電性液晶を変調材料とした
場合、電圧に対して急峻なしきい値を持たず部分的なド
メインを生成しながら反転していくので、全面反転する
までの間に階調性が現れている。このような特性を利用
することにより書き込み側または読み出し側から照射す
るバイアス光の強度を制御することで階調性を制御する
ことも可能としている。
【００１０】ここで、本実施例においては１．８μｍの
間隙に対して、固有ピッチ０．３μｍの液晶組成物を用
いたが、固有ピッチは間隙より小さければ問題なく他の
特性を考慮して値を設定すればよい。なお、固有ピッチ
が間隙より大きいと表面安定化状態が生じ、中間調の生
じる配向状態は得られない。また、自発分極の値は、本
実施例においては１００ｎｃ／ｃｍ2であるが、中間調
のとれる範囲が実用的な広さをもつためには、３０ｎｃ
／ｃｍ2以上であることが望ましく、これ以上の値で任
意に設定されればよい。
間隙に対して、固有ピッチ０．３μｍの液晶組成物を用
いたが、固有ピッチは間隙より小さければ問題なく他の
特性を考慮して値を設定すればよい。なお、固有ピッチ
が間隙より大きいと表面安定化状態が生じ、中間調の生
じる配向状態は得られない。また、自発分極の値は、本
実施例においては１００ｎｃ／ｃｍ2であるが、中間調
のとれる範囲が実用的な広さをもつためには、３０ｎｃ
／ｃｍ2以上であることが望ましく、これ以上の値で任
意に設定されればよい。
【００１１】図４は本発明による空間光変調器の読み出
し光学系の例である。読み出し光41は、レンズ42、干渉
フィルター（中心波長６３３ｎｍ）43、偏光子44を通
り、ビームスプリッター45で反射された後結像レンズ46
を通って空間光変調器47の読み出し面側に照射され、書
き込み光48がレンズ49、干渉フィルター（中心波長５３
０ｎｍ）50、フィルム51を通って結像レンズ52によって
空間光変調器47の書き込み面に結像された情報を、この
読み出し光により水素化アモルファスシリコン表面で反
射し、検光子53、レンズ54を通して受光素子55にとり込
まれる。この時読み出し光を直線偏光とする偏光子44
と、強誘電性液晶層で変調された反射光を検光する検光
子53をクロスニコル状態に設定し読み出し光として白色
光を用いた場合、図２に示されている駆動方法の第一の
パルス電圧により決定される液晶分子の配列方向が、ク
ロスニコル下において暗視野となるように空間光変調器
47は配置されている。またフォトディテクター56を設置
して光学応答を測定した。
し光学系の例である。読み出し光41は、レンズ42、干渉
フィルター（中心波長６３３ｎｍ）43、偏光子44を通
り、ビームスプリッター45で反射された後結像レンズ46
を通って空間光変調器47の読み出し面側に照射され、書
き込み光48がレンズ49、干渉フィルター（中心波長５３
０ｎｍ）50、フィルム51を通って結像レンズ52によって
空間光変調器47の書き込み面に結像された情報を、この
読み出し光により水素化アモルファスシリコン表面で反
射し、検光子53、レンズ54を通して受光素子55にとり込
まれる。この時読み出し光を直線偏光とする偏光子44
と、強誘電性液晶層で変調された反射光を検光する検光
子53をクロスニコル状態に設定し読み出し光として白色
光を用いた場合、図２に示されている駆動方法の第一の
パルス電圧により決定される液晶分子の配列方向が、ク
ロスニコル下において暗視野となるように空間光変調器
47は配置されている。またフォトディテクター56を設置
して光学応答を測定した。
【００１２】図５は書き込み、読み出し実験を行った光
学系のシステム図である。書き込み光源61から出射され
た光束はＮＤフィルター62で光量を調整した後ビームエ
キスパンダ63で所定の径に広げられ、入力像フィルム6
4、レンズ65を通って空間光変調器66の書き込み面上に
入力像が結像される。また読み出し光源67から出射さ
れ、液晶シャッター68を通ってビームエキスパンダ69で
所定の径に広げられた平行光束は、ビームスプリッター
70を通って空間光変調器66の読み出し面を照射し、強誘
電性液晶層で変調されつつ強誘電性液晶層と水素化アモ
ルファスシリコン光導電層の界面で反射され、再びビー
ムスプリッター70に入射する。ここでビームスプリッタ
ー70面で反射された光が検光子71で検光され、レンズ72
を通って、受光素子73に取り込まれる。この読み出し光
学系は、書き込み光が照射されていない場合の強誘電性
液晶層の安定状態に対して偏波面が変調を受けない方向
に設定され、検光子71は上記の状態での反射光に対して
クロスに配置されている。即ち、書き込み光の無い状態
では読み出しは暗状態となる。また、空間光変調器66の
書き込み側全面にバイアス光74を照射し、このバイアス
光の強度を制御する事によって階調性を制御する事も可
能である。バイアス光は、空間光変調器の読み出し面全
面への照射でも差し支えない。この実施例で用いている
空間光変調器には光分離用誘電体ミラーが備えられてい
ないが、誘電体ミラー付き空間光変調器の場合について
も照射された読み出し光が強誘電性液晶層と光分離用誘
電体ミラーの界面で反射されるだけで、同様の事が実現
できる。
学系のシステム図である。書き込み光源61から出射され
た光束はＮＤフィルター62で光量を調整した後ビームエ
キスパンダ63で所定の径に広げられ、入力像フィルム6
4、レンズ65を通って空間光変調器66の書き込み面上に
入力像が結像される。また読み出し光源67から出射さ
れ、液晶シャッター68を通ってビームエキスパンダ69で
所定の径に広げられた平行光束は、ビームスプリッター
70を通って空間光変調器66の読み出し面を照射し、強誘
電性液晶層で変調されつつ強誘電性液晶層と水素化アモ
ルファスシリコン光導電層の界面で反射され、再びビー
ムスプリッター70に入射する。ここでビームスプリッタ
ー70面で反射された光が検光子71で検光され、レンズ72
を通って、受光素子73に取り込まれる。この読み出し光
学系は、書き込み光が照射されていない場合の強誘電性
液晶層の安定状態に対して偏波面が変調を受けない方向
に設定され、検光子71は上記の状態での反射光に対して
クロスに配置されている。即ち、書き込み光の無い状態
では読み出しは暗状態となる。また、空間光変調器66の
書き込み側全面にバイアス光74を照射し、このバイアス
光の強度を制御する事によって階調性を制御する事も可
能である。バイアス光は、空間光変調器の読み出し面全
面への照射でも差し支えない。この実施例で用いている
空間光変調器には光分離用誘電体ミラーが備えられてい
ないが、誘電体ミラー付き空間光変調器の場合について
も照射された読み出し光が強誘電性液晶層と光分離用誘
電体ミラーの界面で反射されるだけで、同様の事が実現
できる。
【００１３】
【発明の効果】以上述べてきたように本発明の方法に依
れば、強誘電性液晶を用いた光書き込み型液晶空間光変
調器及びその駆動方法に於て、メモリ状態においても階
調を表現する事を可能とし、よって強誘電性液晶空間光
変調器の応用範囲を飛躍的に増大する効果がある。
れば、強誘電性液晶を用いた光書き込み型液晶空間光変
調器及びその駆動方法に於て、メモリ状態においても階
調を表現する事を可能とし、よって強誘電性液晶空間光
変調器の応用範囲を飛躍的に増大する効果がある。
【図１】図１は、本発明による液晶空間光変調器の構造
を示す模式図である。
を示す模式図である。
【図２】図２は、本発明による液晶空間光変調器の駆動
方法を示す波形である。
方法を示す波形である。
【図３】図３は、書き込み光強度に対する読み出し光強
度の変化を示す図である。
度の変化を示す図である。
【図４】図４は、本発明による液晶空間光変調器の読み
出し光学系の例を示す図である。
出し光学系の例を示す図である。
【図５】図５は、書き込み、読み出し実験を行った光学
系のシステム図である。
系のシステム図である。
１１ａ、１１ｂ ガラス基板 １２ａ、１２ｂ 透明電極層 １３ａ、１３ｂ 配向膜層 １４ 強誘電性液晶層 １５ 光導電膜 １６ 書き込み光 １７ 読み出し光 ２１ 第一のパルス ２２ 第二のパルス ２３ メモリー期間 ３１ 諧調があらわせる範囲 ４１ 読み出し光 ４２ レンズ ４３ 干渉フィルター（中心波長６３３ｎｍ） ４４ 偏光子 ４５、５７ ビームスプリッター ４６ 結像レンズ ４７ 空間光変調器 ４８ 書き込み光 ４９ レンズ ５０ 干渉フィルター（中心波長５３０ｎｍ） ５１ フィルム ５２ 結像レンズ ５３ 検光子 ５４ レンズ ５５ 受光素子 ５６ フォトディテクター ５８ ドライバー ６１ 書き込み光源 ６２ ＮＤフィルター ６３、６９ ビームエキスパンダ ６４ 入力像フィルム ６５ レンズ ６６ 空間光変調器 ６７ 読み出し光源 ６８ 液晶シャッター ７０ ビームスプリッター ７１ 検光子 ７２ レンズ ７３ 受光素子 ７４ バイアス光 ７５ モニター ７６ ドライバー
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山本 修平 東京都江東区亀戸６丁目31番１号 セイコ ー電子工業株式会社内
Claims (5)
- 【請求項１】 光による書き込み手段、光による読み出
し手段及び電圧印加手段を具備し、透明電極上に光導電
膜が形成されたガラス基板と、透明電極の形成されたガ
ラス基板のそれぞれの対向する表面に液晶配向膜が形成
された一組のガラス基板が対向配置され、その間隙に液
晶組成物が封入されてなる液晶空間光変調器において、
該光導電膜は０．５〜３．５μｍの厚みを有する水素化
アモルファスシリコンであり、該液晶層は０．５〜３μ
ｍの厚みを有し、該液晶組成物は液晶層厚よりも小さい
固有ピッチと３０ｎｃ／ｃｍ2以上の自発分極を有する
常温でカイラルスメクティック相を示す強誘電性液晶組
成物である事を特徴とする液晶空間光変調器。 - 【請求項２】 印加される駆動電圧は、消去を行なう第
一のパルス電圧と、書き込みを行なう第一のパルス電圧
と逆の極性を有する第二のパルス電圧、及びメモリー期
間からなることを特徴とする請求項１記載の液晶空間光
変調器の駆動方法。 - 【請求項３】 光導電膜と液晶配向層の間に、光分離用
誘電体ミラーが形成されている事を特徴とする請求項１
記載の液晶空間光変調器。 - 【請求項４】 クロスニコルに設定された読み出し光学
系に配置され、且つ第一のパルス電圧により決定される
液晶分子の配列方向が、クロスニコル下において暗視野
状態となるように配置されることを特徴とする請求項２
記載の液晶空間光変調器の駆動方法。 - 【請求項５】 用いられる読み出し光学系は系中にシャ
ッターを有し、書き込み時には読み出し光が照射されな
いことを特徴とする請求項１記載の液晶空間光変調器の
駆動方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5915893A JPH06273794A (ja) | 1993-03-18 | 1993-03-18 | 液晶空間光変調器及びその駆動方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5915893A JPH06273794A (ja) | 1993-03-18 | 1993-03-18 | 液晶空間光変調器及びその駆動方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06273794A true JPH06273794A (ja) | 1994-09-30 |
Family
ID=13105285
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5915893A Pending JPH06273794A (ja) | 1993-03-18 | 1993-03-18 | 液晶空間光変調器及びその駆動方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06273794A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5568299A (en) * | 1995-03-10 | 1996-10-22 | Fujitsu Limited | Ferroelectric liquid crystal with pitch 1-2 times layer thickness and graduation by bistable/monostable ratio |
-
1993
- 1993-03-18 JP JP5915893A patent/JPH06273794A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5568299A (en) * | 1995-03-10 | 1996-10-22 | Fujitsu Limited | Ferroelectric liquid crystal with pitch 1-2 times layer thickness and graduation by bistable/monostable ratio |
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