(57)【要約】【課題】温度変化に対して液晶素子の光学特性を保つように印加する電圧を補正しながら駆動する簡便な液晶光学変調装置を提供する。【解決手段】液晶光学変調装置１００は、液晶に電圧を印加することで光学特性を変化させることができる液晶素子１１０と、液晶素子１１０を適正に駆動するための駆動部１２０からなり、駆動回路１２０の駆動部１２２より液晶素子１１０に電圧を印加し、液晶素子１１０から得られるピーク電流値を駆動回路１２０の温度検出部１２１で検出することによって液晶素子１１０の温度を検出し、温度によって変化する液晶素子の光学特性を維持するため、駆動部１２２から補正された電圧を印加する機能を有する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一対の透明基板に液晶が挟持され、前記液晶に電圧を印加できる電極を有し、印加する電圧の変化によって入射する光の状態を変える液晶素子と、前記液晶素子に電圧を印加するための駆動回路を含む液晶光学変調装置において、
前記駆動回路は、前記液晶素子に印加した電圧値の大きさにともなって前記液晶素子より得られる電流値より前記液晶素子の温度情報を得る温度検出部と、
前記温度検出部より得た前記温度情報により、前記温度によって変化する前記液晶素子の光学特性の変化を補正するように前記液晶素子に補正した電圧を印加する駆動部を有することを特徴とする液晶光学変調装置。
【請求項２】
前記液晶素子は、前記液晶に電圧を印加できる領域として駆動領域と、前記駆動領域とは独立に前記液晶に電圧を印加できる温度測定領域と、を有し、
前記駆動回路は、前記液晶素子の前記温度測定領域に印加した電圧により得られる電流値より前記液晶素子の温度情報を得る温度検出部と、
前記温度検出部より得た前記温度情報により、前記温度によって変化する前記液晶素子の光学特性の変化を補正するように前記液晶素子の前記駆動領域に補正した電圧を印加する駆動部を有することを特徴とする請求項１に記載の液晶光学変調装置。
【請求項３】
前記駆動部は、前記液晶素子に矩形の波形となる電圧を印加し、
前記温度検出部は、前記液晶素子に流れる電流のうち直流成分を除いたとき、０［Ａ］を基準に最大となる電流の値をピーク電流値Ｉｐ［Ａ］とするとき、前記温度情報は、前記ピーク電流値から電圧信号に変換して得ることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の液晶光学変調装置。
【請求項４】
前記温度検出部は、前記液晶素子に流れる電流を検出するための電流検出回路を有し、
前記駆動部は、前記液晶素子を駆動する電圧を印加するための電圧供給回路を有し、
前記電流検出回路は、前記電圧供給回路から前記液晶素子に電圧を印加する配線の間に含まれる請求項１〜３いずれか１項に記載の液晶光学変調装置。
【請求項５】
前記温度検出部は、前記液晶素子に流れる電流を検出するための電流検出回路を有し、
前記駆動部は、前記液晶素子を駆動する電圧を印加するための電圧供給回路を有し、
前記電流検出回路は、前記電圧供給回路と前記電圧供給回路の電源の配線の間に含まれる請求項１〜３いずれか１項に記載の液晶光学変調装置。
【請求項６】
請求項１〜５いずれか１項に記載の液晶光学変調装置と、該液晶光学変調装置の光透過側に第１の偏光状態の光を透過するとともに前記第１の偏光状態の光と異なる第２の偏光状態の光を遮断する偏光選択素子と、を備えた光強度変調装置。
【請求項７】
前記偏光選択素子は、前記第１の偏光状態の光である第１の直線偏光を透過し、前記第２の偏光状態の光であるとともに前記第１の直線偏光と直交する第２の直線偏光を遮断する偏光子である請求項６に記載の光強度変調装置。
【請求項８】
光源と、
前記光源からの出射された光を光ディスクに集光する対物レンズと、
前記光ディスクから反射された光を検出する光検出器を備えた光ヘッド装置において、
前記光源と前記対物レンズとの間の光路中に、請求項１〜５いずれか１項に記載の液晶光学変調装置の液晶素子が配置されるかまたは、請求項６または請求項７に記載の光強度変調装置の液晶素子と偏光選択素子とがこの順に配置される光ヘッド装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶に電圧を印加して入射する光を変調させる機能を有する液晶素子と、液晶素子の使用温度条件の変化に関わらず所望の光学特性を得るための制御が可能な駆動回路から構成される液晶光学変調装置、光強度変調装置および、液晶光学変調装置または光強度変調装置を用いた光ヘッド装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶に電圧を印加する機能を備えた液晶素子は、電圧を印加することによる屈折率の変化を利用して、入射する光の位相を変化させたり、さらに偏光板等を用いて入射する光を透過／遮断させたりすることができ、例えば表示体として液晶ディスプレイや時計など多くの電子機器に用いられている。また、ＣＤやＤＶＤ、Ｂｌｕ−ｒａｙ（登録商標：以下ＢＤ）といった高密度光記録媒体に情報の記録および／または再生（以下、「記録・再生」という。）を行う光ヘッド装置には収差補正を行ったり開口制限を行ったりするなどの目的で液晶素子を用いられている。
【０００３】
これらの液晶素子に印加する電圧信号などは、液晶ドライバＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）もしくは駆動回路によって制御されることが一般的であるが、温度によって液晶の特性が変化するため、特定の温度条件において最適な光学特性を得るための電圧を印加しても、温度が変化することによって最適な光学特性から外れて所望の特性を得ることができない。
【０００４】
このような液晶素子の温度変化による光学特性の変化を補正して最適な光学特性を維持するために、例えば、光ヘッド装置に使用する液晶素子において、透過する光の位相を精度よく変化させる収差補正素子に対する温度補償を実現するために、温度センサを用いて液晶素子として収差補正素子の温度を監視するもの（特許文献１）や、液晶素子として開口制限素子の温度を監視するために外部にサーミスタを付加するもの（特許文献２）が報告されている。また、外付けのサーミスタ等からの温度情報により、液晶駆動用のＩＣ内部に設けられた温度補償回路を用いて温度によって比例補正した液晶駆動電圧を生成するＩＣが知られている（非特許文献１）。
【０００５】
また、サーミスタ等の温度センサを用いないものとして、光ヘッド装置において液晶駆動時に光検出器で得られたＲＦ信号やトラッキングエラー信号の応答波形から温度を検出する手段を有するものが報告されている（特許文献３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第３５１９６１８号公報
【特許文献２】特開２００８−７１３９５号公報
【特許文献３】特開２００７−２３４１５７号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】サムソンエレクトロニクス  Ｓ６Ｂ３３Ｂ２仕様書  Ｖｅｒ．１．２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１、特許文献２および非特許文献１は、液晶素子自体の温度を測定しているわけではなく、サーミスタや温度センサなどの近接する温度検出手段の温度を測定しているため、液晶素子の正確な温度が測定できないといった問題があった。また、非特許文献１に記載のＩＣは、温度補償回路を備えているが、温度を測定するために液晶素子に近接するサーミスタ等が必要であり、さらに、液晶の温度特性とＩＣに内蔵された基準電圧源の温度特性が一致しなければ温度に対して適切な電圧を印加できないという問題点があった。
【０００９】
また、特許文献３は、液晶素子が光ヘッド装置に組み込まれ、光ヘッド装置全体のシステムにおいて温度特性を測定する構成となっている。とくに、補正電圧の算出には光検出器からのフィードバック情報が必要となるために、システムとして複雑化するといった問題があった。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
以上の点を鑑みて、本発明は、少なくとも一対の透明基板に液晶が挟持され、前記液晶に電圧を印加できる電極を有し、印加する電圧の変化によって入射する光の位相を変える液晶光学変調素子と、前記液晶光学変調素子に電圧を印加するための駆動回路を含む液晶光学変調装置において、前記駆動回路は、前記液晶光学変調素子に印加した電圧にともなって前記液晶光学変調素子より得られる電流値より前記液晶光学変調素子の温度情報を得る温度検出部と、前記温度検出部より得た前記温度情報により、前記温度によって変化する前記液晶光学変調素子の光学特性の変化を補正するように前記液晶光学変調素子に補正した電圧を印加する駆動部を有することを特徴とする液晶光学変調装置を提供する。
【００１１】
また、前記液晶素子は、前記液晶に電圧を印加できる領域として駆動領域と、前記駆動領域とは独立に前記液晶に電圧を印加できる温度測定領域と、を有し、前記駆動回路は、前記液晶素子の前記温度測定領域に印加した電圧により得られる電流値より前記液晶素子の温度情報を得る温度検出部と、前記温度検出部より得た前記温度情報により、前記温度によって変化する前記液晶素子の光学特性の変化を補正するように前記液晶素子の前記駆動領域に補正した電圧を印加する駆動部を有することを特徴とする上記の液晶光学変調装置を提供する。
【００１２】
また、前記駆動部は、前記液晶素子に矩形の波形となる電圧を印加し、前記温度検出部は、前記液晶素子に流れる電流のうち直流成分を除いたとき、０［Ａ］を基準に最大となる電流の値をピーク電流値Ｉｐ［Ａ］とするとき、前記温度情報は、前記ピーク電流値から電圧信号に変換して得ることを特徴とする上記の液晶光学変調装置を提供する。
【００１３】
この構成により、液晶素子の温度を検出するために用いる従来のようなサーミスタなどの外付け部品を配置する必要がなくなり、省スペース化を実現できる。また、温度によって、矩形の波形となる電圧を印加したときに発生するピーク電流値に相関性がある液晶を用いることで精度よく温度を観測することができ、温度変化に対して適切な電圧を印加することができる。また、入射する光の位相を変化させる液晶とは異なる領域の液晶によって温度を観測することができるので、液晶素子に印加する電圧のレベル毎のピーク電流値に相当する温度情報に関するテーブルを用意せずに、１つの温度情報に関するテーブルを用意することで温度の観測ができ、駆動回路の構成を簡素化することができる。
【００１４】
また、前記温度検出部は、前記液晶光学変調素子に流れる電流を検出するための電流検出回路を有し、前記駆動部は、前記液晶光学変調素子を駆動する電圧を印加するためのドライブ回路を有し、前記電流検出回路は、前記ドライブ回路から前記液晶光学変調素子に電圧を印加する配線の間に含まれる上記の液晶光学変調装置を提供する。
【００１５】
また、前記温度検出部は、前記液晶素子に流れる電流を検出するための電流検出回路を有し、前記駆動部は、前記液晶素子を駆動する電圧を印加するための電圧供給回路を有し、前記電流検出回路は、前記電圧供給回路と前記電圧供給回路の電源の配線の間に含まれる上記の液晶光学変調装置を提供する。
【００１６】
この構成により、駆動回路の構成に合わせて液晶素子で発生するピーク電流値に相当するピーク電圧値を得ることができるので、温度に合わせて液晶素子に適度に補正した電圧を印加することができる。
【００１７】
少なくとも一対の透明基板に液晶が挟持され、前記液晶に電圧を印加できる電極を有し、印加する電圧の変化によって入射する光の位相を変える液晶光学変調素子と、前記液晶光学変調素子に電圧を印加するための駆動回路を含む液晶光学変調装置において、前記液晶光学変調素子は、光が入射する有効領域を含み液晶に電圧を印加できる領域である駆動領域と、前記有効領域を含まず前記駆動領域とは独立に液晶に電圧を印加できる温度測定領域とを有し、前記駆動回路は、前記温度測定領域に印加した電圧にともなって前記液晶光学変調素子より得られる電流値より前記液晶光学変調素子の温度情報を得る温度検出部と、前記温度検出部より得た前記温度情報により、前記温度によって変化する前記液晶光学変調素子の光学特性の変化を補正するように前記液晶光学変調素子の前記駆動領域に補正した電圧を印加する駆動部を有することを特徴とする液晶光学変調装置を提供する。
【００１８】
また、前記駆動部は、前記液晶素子に矩形の波形となる電圧を印加し、前記温度検出部は、前記液晶素子に流れる電流のうち直流成分を除いたとき、０［Ａ］を基準に最大となる電流の値をピーク電流値Ｉｐ［Ａ］とするとき、前記温度情報は、前記ピーク電流値から電圧信号に変換して得ることを特徴とする上記の液晶光学変調装置を提供する。
【００１９】
また、前記温度検出部は、前記液晶素子に流れる電流を検出するための電流検出回路を有し、前記駆動部は、前記液晶素子を駆動する電圧を印加するための電圧供給回路を有し、前記電流検出回路は、前記電圧供給回路から前記液晶素子に電圧を印加する配線の間に含まれる上記の液晶光学変調装置を提供する。
【００２０】
また、前記温度検出部は、前記液晶素子に流れる電流を検出するための電流検出回路を有し、前記駆動部は、前記液晶素子を駆動する電圧を印加するための電圧供給回路を有し、前記電流検出回路は、前記電圧供給回路と前記電圧供給回路の電源の配線の間に含まれる上記の液晶光学変調装置を提供する。
【００２１】
この構成により、駆動回路の構成に合わせて液晶素子で発生するピーク電流値に相当するピーク電圧値を得ることができるので、温度に合わせて液晶素子に適度に補正した電圧を印加することができる。
【００２２】
また、上記に記載の液晶光学変調装置と、該液晶光学変調装置の光透過側に第１の偏光状態の光を透過するとともに前記第１の偏光状態の光と異なる第２の偏光状態の光を遮断する偏光選択素子と、を備えた光強度変調装置を提供する。
【００２３】
また、前記偏光選択素子は、前記第１の偏光状態の光である第１の直線偏光を透過し、前記第２の偏光状態の光であるとともに前記第１の直線偏光と直交する第２の直線偏光を遮断する偏光子である上記の光強度変調装置を提供する。
【００２４】
この構成により、光強度変調装置を出射する光量の調整を温度が変化しても安定して行うことができる。
【００２５】
また、光源と、前記光源からの出射された光を光ディスクに集光する対物レンズと、前記光ディスクから反射された光を検出する光検出器を備えた光ヘッド装置において、前記光源と前記対物レンズとの間の光路中に、上記の液晶光学変調装置の液晶素子が配置されるかまたは、上記の光強度変調装置の液晶素子と偏光選択素子とがこの順に配置される光ヘッド装置を提供する。
【００２６】
この構成により、光ディスクへ出射する光量の調整を温度が変化しても安定して行うことができ、記録・再生品質のよい光ヘッド装置を実現することができる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明は、液晶に電圧を印加して所望の光学特性を得る液晶素子の温度を温度センサなどの外付けの素子を用いずに精度よく検出し、小型化を実現する液晶光学変調装置であって、該液晶光学変調装置を用いる光強度変調装置および光ヘッド装置の小型化を実現できるものである。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】液晶光学変調装置の構成を示すブロック図。
【図２】液晶光学変調装置の第１の実施形態に係る液晶素子の一例を示す断面模式図。
【図３】液晶素子に印加する電圧ＶＳに対し、特定の偏光方向の透過率Ｔｒの温度特性を示すグラフ。
【図４】液晶光学変調装置の第１の実施形態に係る駆動回路の構成を示すブロック図。
【図５】ＰＷＭ駆動における電圧波形の例を示す説明図。
【図６】ＰＷＭ駆動における電圧波形の他の例を示す説明図。
【図７】ＰＷＭ駆動において液晶素子の電流波形を示す説明図。
【図８】電流検出回路およびピークホールド回路の一例を示す回路図。
【図９】液晶素子の温度に対し、ピーク検出回路より得たピーク電圧値の特性の測定結果を示すグラフ。
【図１０】液晶光学変調装置の第１の実施形態に係る他の駆動回路の構成を示すブロック図。
【図１１】液晶光学変調装置の第２の実施形態に係る液晶素子の一例を示す模式図。
【図１２】液晶光学変調装置の第２の実施形態に係る駆動回路の構成を示すブロック図。
【図１３】光強度変調装置および光ヘッド装置の構成を示す模式図。
【図１４】収差補正用の液晶素子の例となる模式図および光ヘッド装置の構成を示す模式図。
【図１５】実施例による透過率を測定する構成の模式図。
【図１６】実施例（ａ）および比較例（ｂ）による温度ＴＬＣに対する透過率Ｔｒの測定結果を示すグラフ
【発明を実施するための形態】
【００２９】
（液晶光学変調装置の第１の実施形態）
図１は、本実施形態に係る液晶光学変調装置１００の構成を示すブロック図である。液晶光学変調装置１００は、液晶に電圧を印加することにより光を変調する機能を有する液晶素子１１０、液晶素子１１０を駆動するための駆動回路１２０を含む。また、駆動回路１２０を制御するためのシステム１３０が組み込まれて構成されてもよい。
【００３０】
また、駆動回路１２０は、液晶素子１１０から得られる電気信号より液晶の温度を検出する温度検出部１２１と、温度検出部１２１より得られる温度の情報に応じて液晶素子１１０に補正された特定の値の電圧を印加するための駆動部１２２から構成される。なお、温度検出部１２１は、後述するように電圧を印加したときに液晶素子から得られる電流のピーク値（以下、「ピーク電流値」という。）が温度によって異なるという特性を利用するものであって、このピーク電流値をもとに液晶素子１１０の温度を検出できるため、従来のように外付けのサーミスタ等を使用することなく、簡素化された温度補償システムが実現できる。
【００３１】
ここで、液晶素子から得られる電流値としてピーク電流値を用いる理由について説明する。液晶素子１１０に印加する電圧は、液晶に直流電圧成分が常に印加しないように交流電圧、とくに矩形波の交流電圧を印加することが一般的である。このように矩形波の交流電圧を印加する場合、液晶素子１１０には、印加する電圧値が変化するとき瞬時に突入電流が流れ、印加する電圧値の時間的変化がない間は突入電流がなくなり定常の電流値を維持し、これが繰り返される電流波形が現れる。液晶の温度との相関があるこの電流値から得られる情報としては、瞬時に流れるピーク電流値、ピーク電流値から定常電流値になるまでの間の電流値の積分値などが考えられる。
【００３２】
このとき、電流値の積分値を得る場合、一定期間ごとに積分をするため、積分回路としてコンデンサなどに蓄積した電圧をリセットするための制御回路が必要となる。一方、ピーク電流値を得る場合は、後述するピーク電流を検出する電流検出回路およびピークホールド回路によって比較的簡易的に構成できるため好ましい。このように、一般的に液晶の駆動に用いられる矩形波の電圧とそれによって得られるピーク電流値を利用することが好ましいとして考える。
【００３３】
次に、液晶素子１１０の構成および液晶の温度特性について説明する。図２は、液晶素子１１０の一つの例を示す断面模式図である。液晶素子１１０は、透明電極２２０ａを備える透明基板２１０ａと、透明電極２２０ｂを備える透明基板２１０ｂとが、透明電極２２０ａ、２２０ｂの面が対向するように配置され、周辺部はシール材２３０によってシールされる。また、透明電極２２０ａ、２２０ｂ上には液晶を配向するために図示しない配向膜が形成され、配向膜間に液晶層２４０が形成される。なお、このときの液晶は誘電率異方性Δε＞０の特性を有するものとして考える。透明基板２１０ａ側の図示しない配向膜の配向方向はＸ方向、透明基板２１０ｂ側の図示しない配向膜の配向方向はＹ方向と互いに直交させることにより、液晶層２４０に電圧を印加しない状態（以下、「電圧非印加時」という。）において、液晶分子２４１の長軸方向が厚さ方向（Ｚ方向）に９０°ツイストする。また、外部に電気配線できるように液晶素子１１０は電極引出部２５０を有する構造であってもよい。
【００３４】
ここで、液晶素子１１０の透明基板２１０ａ側からＸ方向の直線偏光の光がＺ方向に進行しながら入射する場合を考える。電圧非印加時は、液晶層２４０の液晶分子２４１の長軸方向はＸ−Ｙ平面に平行し厚さ方向（Ｚ方向）に９０°ツイストするので、Ｘ方向の直線偏光で入射する光は、Ｙ方向の直線偏光の光に変調されて透明基板２１０ｂを透過する。一方、液晶層２４０に電圧を印加すると、液晶分子２４１の長軸方向は印加する電圧値の増加にともなって厚さ方向（Ｚ方向）に近づくように配向される。そして一定の電圧値以上では、透明基板２１０ａ側からＸ方向の直線偏光の光がＺ方向に進行して入射すると、Ｘ方向の直線偏光の光のまま透明基板２１０ｂを透過する。このように、印加する電圧値を制御することで、例えばこの場合、液晶素子１１０のＸ方向（またはＹ方向）成分の光量を制御することができる。例えば、液晶素子１１０の後段にＸ方向の光成分を透過させ、Ｙ方向の光成分を反射または吸収させる図示しない偏光子を配置することによって偏光子（Ｘ方向の光成分）を直進方向に透過する光量を制御することが可能である。
【００３５】
図３は、液晶に印加する実効電圧である電圧ＶＳ［Ｖｒｍｓ］を横軸に与え、図２に示す液晶素子１１０にＸ方向の直線偏光の光を入射させ、このときＸ方向の直線偏光の光の光量を１００％としたとき、それに対してＹ方向の直線偏光で透過する光の光量の割合で表す透過率Ｔｒ［％］の特性を示すグラフの例である。このように、電圧ＶＳを大きくすると透過率Ｔｒは低くなるが、一定の電圧以上では透過率Ｔｒがほぼ０％、または一定の電圧以下では透過率Ｔｒがほぼ１００％となる。また、特定の電圧を印加した場合、温度の変化に対して透過率Ｔｒは変化する特性がある。例えば、透過率Ｔｒが１００［％］や０［％］となるように設定する場合、温度変化によって透過率Ｔｒが大きく変化しない低い電圧（例えば０［Ｖｒｍｓ］）または高い電圧となる電圧ＶＳを印加すると安定した特性が得られるが、透過率Ｔｒが中間的な値、例えば５０［％］となるように電圧ＶＳを与えるとき、透過率Ｔｒは液晶素子１１０の温度によって大きく変化する。
【００３６】
ここで、図３のグラフより例えば、透過率Ｔｒ＝５０［％］のような中間的な値を維持しようとする場合、高温で使用するときは比較的低い電圧を印加しなければならず、一方、低温で使用するときは比較的高い電圧を印加しなければならない。このように、温度によって電圧ＶＳの変動が大きい透過率Ｔｒを設定するとき、とくに光学特性を安定させるため、その温度に対応するように電圧の制御（以下、「温度補償」という。）が要求される。このように、特定の透過率Ｔｒを得るために、各温度に適する電圧ＶＳを与える必要がある。また、設定すべき透過率Ｔｒが５０［％］に限らず複数（例えば他に７０［％］、３０［％］など）必要な場合、設定すべき透過率Ｔｒそれぞれについて、各温度に必要な電圧ＶＳを与える制御が必要になる。
【００３７】
また、液晶素子１１０は、図２の構成に限らず、液晶に印加する電圧を変化させることによって液晶の配向方向を変化させる機能を有する素子であればよい。これまで、液晶素子１１０は２つの透明基板の間に液晶層１つ配置される構成について説明したが、これに限らず、例えば３つの透明基板で液晶層が２つ配置される構成の液晶素子であったり、光が入射する有効領域において複数の異なる電圧が印加できるような電極の構成を有するものであったりしてもよい。また、透明電極が液晶層を厚さ方向に挟持するようにして、厚さ方向に電界を与える場合を示したがこれに限らず、２つの透明基板のうち一方の透明基板のみに電極が形成され、液晶層の厚さ方向と直交する横方向に電界を与えて液晶の配向を変化させて、透過する光を変調するものであってもよい。なお、その場合は、透明電極に限らず例えば、光学的に透明ではない金属でできた細い線状の電極が形成されていてもよい。
【００３８】
また液晶素子１１０に使用する液晶材料は、印加電圧に応じて実質的に屈折率に変化が生じる材料で構成されていればよく、ネマティック相液晶、スメクティック相液晶などが用いられる。また、誘電率異方性Δεが正の材料に限らず、負の材料であってもよい。
【００３９】
次に、駆動回路１２０の構成について具体的に説明する。図４は、本実施形態に係る駆動回路１２０の構成を示すブロック図であり、前述のように温度検出部１２１と駆動部１２２から構成される。温度検出部１２１は、液晶素子１１０から得られる電流値を検出する電流検出回路４１０と、電流検出回路４１０より得られる電流波形のうち電流のピーク値を検出して電流のピーク値に比例する電圧値（以下、ピーク電圧値という）に変換するためのピークホールド回路４２０、ピークホールド回路４２０より得られるピーク電圧値から温度に関する情報に変換するための検出電圧−温度変換回路４３０から構成される。
【００４０】
駆動部１２２は、液晶素子１１０を駆動する電圧（波形）を生成する電圧供給回路４４０と、検出電圧−温度変換回路４３０から得られる温度に関する情報に対応して液晶素子１１０に印加する電圧の補正値を記憶した補正電圧テーブル４５０、システム１３０からの制御信号を受信したり駆動回路１２０および液晶素子１１０の状態を送信したりするためのＩ／Ｆ回路４６０からなる。また、温度検出部１２１と駆動部１２２の各回路にそれぞれ必要な電源を供給する電源回路４９０を備える。
【００４１】
また、駆動回路１２０は、液晶素子１１０へ電圧ＶＳを供給するため端子４７０ａ、端子４７０ｂを有し、また、システム１３０と信号の送受信をするための端子４８０を有する。また、各端子４７０ａ、４７０ｂおよび４８０は、電気的に接続するための配線数が１本に限らず複数の配線も含むものとして考える。このような駆動回路１２０は、抵抗やコンデンサなどの回路部品を組み合わせたり、ワンチップに集積化されたＩＣにしたりして実現できるが、回路や装置の省スペース化の点からワンチップＩＣが好ましい。また、システム１３０は、制御する液晶の光学特性に依存するが、駆動回路１２０に対して外部接続されるような構成に限らず、１つのＩＣに集積化されるものであってもよい。
【００４２】
次に、駆動部１２２より液晶素子１１０に印加する電圧（波形）について説明する。前述のように液晶は一般的に直流成分の電圧が印加され続けると劣化するため交流電圧を印加する。また、一般的な液晶駆動用のＩＣの多くはＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）駆動を行っている。本実施形態においても液晶素子１１０に印加する電圧はＰＷＭ駆動を行うものとして説明する。
【００４３】
図５は、ＰＷＭ駆動の電圧波形を示すものであり、基準電圧に対し振幅がＶａ［Ｖ］、周期がτとなる場合を例にしたものである。ここでは、基準電圧をグラウンド（＝０［Ｖ］）として説明する。なお、図５の電圧波形は、ここでは端子４７０ａより印加され、端子４７０ｂには基準電圧となるグラウンドに接続されているものとして説明する。図５（ａ）は、周期τの半周期τ／２＝ＴＡ＝ＴＢを与え、最初の時間ＴＡのうち時間Ｔ１は＋Ｖａ［Ｖ］、時間Ｔ２は０［Ｖ］が印加される（ＴＡ＝Ｔ１＋Ｔ２）ＰＷＭ駆動の電圧波形を示すものである。また、次の時間（半周期）ＴＢのうち時間Ｔ１は−Ｖａ［Ｖ］、時間Ｔ２は０［Ｖ］が印加される（ＴＢ＝Ｔ１＋Ｔ２）。ＰＷＭ駆動は、このように基準電圧に対する振幅はＶａ［Ｖ］で変化せず、｜Ｖａ｜を印加する時間Ｔ１と基準電圧を印加する時間Ｔ２との比を変化させることによって印加する実効電圧ＶＳ（単位：Ｖｒｍｓ）を変化させる。
【００４４】
また、図５（ｂ）は、上記の比を変化させてＴＡ＝ＴＢ＝Ｔ１（Ｔ２＝０）つまり実効電圧が最大になるときの電圧波形を示すものであり、一方、図５（ｃ）はＴＡ＝ＴＢ＝Ｔ２（Ｔ１＝０）つまり実効電圧が最小となる波形を示すものである。このように時間Ｔ１およびＴ２を変化させることによって実効電圧ＶＳ［Ｖｒｍｓ］を変化させることができる。また、周期τにおいて＋Ｖａ［Ｖ］と−Ｖａ［Ｖ］とを同じ時間Ｔ１だけ印加することによって印加電圧に直流成分が発生しないので、液晶の劣化を防ぐことができる。
【００４５】
ここで、駆動部１２２から端子４７０ａを経由して印加する電圧ＶＳ［Ｖｒｍｓ］の基準電圧（グラウンド＝０［Ｖ］）は、温度検出部１２１の電流検出回路の基準電圧に一致させる。なお、これまで基準電圧はグラウンドとして説明したが、これに限らず一定の電圧値（≠０［Ｖ］）がバイアスされていてもよい。また、図５（ａ）のようなＰＷＭ駆動の電圧波形を得る別の手段として次に説明するような基準電圧を与えてもよい。
【００４６】
図６は、液晶素子１１０に接続する２つの端子４７０ａ、４７０ｂに印加する電圧波形および液晶素子１１０に印加される電圧波形を示したものである。図６（ａ）は、端子４７０ａの電圧波形、図６（ｂ）は端子４７０ｂの電圧波形であり、それぞれ周期τで最大電圧値Ｖａ（デューティ比＝０．５）の矩形交流電圧が印加される。また、図６（ｂ）に示す端子４７０ｂの電圧を基準電圧としたとき、図６（ａ）に示す端子４７０ａの電圧に対して時間Ｔ１だけ遅らせることによって、液晶素子１１０に印加される電圧波形は図６（ｃ）のようになる。
【００４７】
また、駆動部１２２から液晶素子１１０へ印加する電圧ＶＳ［Ｖｒｍｓ］は、下記の式（１）で表される。なおここで、周期τに対して電圧｜Ｖａ｜が印加される時間の割合をｍ（＝２Ｔ１／τ＝ＴＡ／２＝ＴＢ／２）とする。また、半周期τ／２を、半周期τ／２のうち振幅｜Ｖａ｜が印加される時間２Ｔ１を変化できる時間の単位（＝分解能）で割った値に相当する時間分割数をｎとする。
【００４８】
【数１】
2010243707.tif 000003
【００４９】
ここで、例えば、図５（ａ）または図６（ｃ）において、周期τのうち半分の時間（割合）だけ｜Ｖａ｜を印加し、残りの期間を基準電圧（グラウンド）にしたときの実効電圧は、式（２）で表される。
【００５０】
【数２】
2010243707.tif 000004
【００５１】
また、時間分割数ｎの値を大きく設定することによって、印加する実効電圧値を細かく設定でき、温度変化によって補正すべき電圧の精度を上げることができる。例えば、｜Ｖａ｜＝５［Ｖ］で、時間分割数ｎ＝２５６である場合、ｍ＝１のとき、上記式（１）よりＶｓ＝０．３１２５［Ｖｒｍｓ］であり、ｎ＝５１２である場合、ｍ＝１のとき、上記式（１）よりＶｓ＝０．２２１０［Ｖｒｍｓ］となる。このように時間分割数を大きくすることで細かな実効電圧設定が可能となる。
【００５２】
次に、液晶素子１１０に対してＰＷＭ駆動の電圧を印加したときに、液晶に流れる電流について説明する。図７（ａ）は、ＰＷＭ駆動の電圧波形を示すものであり、図７（ｂ）および図７（ｃ）は、図７（ａ）の電圧を印加したときの電流の波形を示すものである。また、図７（ｂ）は、端子４７０ａに図６（ａ）の電圧波形、端子４７０ｂに図６（ｂ）の電圧波形（基準電圧）を印加したときの電流波形を示すものであり、図７（ｃ）は、端子４７０ａに図６（ｃ）の電圧波形、端子４７０ｂに基準電圧（グラウンド＝０［Ｖ］）を印加したときの電流波形である。
【００５３】
これより、例えば、図２の液晶層２３０に印加する電圧（電位）が＋Ｖａ［Ｖ］から０［Ｖ］に切り替わると、その瞬間にコンデンサとして作用する液晶に電荷が充電されるために突入電流が流れる。この充電は理想的には瞬時に行なわれるが、実際の液晶素子１１０は透明電極２２０ａ、２２０ｂを介するため抵抗とコンデンサの直列合成回路となり、有限の時間範囲で有限の時間幅とピークを示す電流波形が得られる。また、液晶素子１１０に流れる電流は基準となる電圧波形に相当する波形の電流に対して、突入電流の成分が重ねられるように表れる。
【００５４】
例えば、図７（ｂ）は、図６（ｂ）に示すような基準電圧の変化にともなって部分的に直流成分の電流がバイアスされるので、一部は直流成分に突入電流の成分が重ねられる電流波形となる。したがって、図７（ｂ）の電流のうち直流成分を除くことによって図７（ｃ）の電流波形となる。
【００５５】
これより、ピーク電流値は、液晶素子に流れる電流のうち直流成分を除いたとき、０［Ａ］を基準に最大となる電流の値Ｉｐ［Ａ］として定義する。例えば、図７（ｃ）は、基準の電流０［Ａ］に対して、プラス（＋）とマイナス（−）に電流が観測されるが、０［Ａ］を基準としたときプラス側の最大値と、マイナス側の最大値の絶対値は等しい。また、後述するように、ピーク電流値に比例したピーク電圧値を与えることができる。ピーク電圧値は液晶素子に流れる電流に比例する電圧のうち直流成分を除いたとき、０［Ｖ］を基準に最大となる電圧の値Ｖｐ［Ｖ］として定義することができる。
【００５６】
例えば、図７（ｃ）に示す電流（波形）は、液晶素子１１０より温度検出部１２１の電流検出回路４１０に流れる。電流検出回路４１０では電流に比例した電圧値に変換され、変換された電圧はピークホールド回路４２０において、ピーク電圧値を直流（ＤＣ）成分として検出する。また、図７（ｂ）に示す電流（波形）の場合、直流成分を除くためのハイパスフィルタを通すことにより図７（ｃ）に相当する波形に変換することもできる。電流検出回路は抵抗を介して電流値から電圧値に変換するものであってもオペアンプを利用したものであってもよい。図８（ａ）は、オペアンプを利用した電流−電圧変換回路（電流検出回路４１０）を示す一例の図であって、例えばμＡオーダーの微弱な電流値に対しても精度よく電流（Ｉｓ）から電圧（Ｖｏ）に変換することができる。
【００５７】
ピークホールド回路４２０は、電流検出回路４１０で得られたピーク電圧値を保持するための回路であって、ダイオード、抵抗、コンデンサなどを組み合わせて実現できる。図８（ｂ）は、ピークホールド回路を示す一例の図であり、このほかにオペアンプなどを利用してもよい。ピークホールド回路により電流検出回路４１０で変換された電圧（Ｖｉ）よりピーク電圧値（Ｖｐ）を保持することができる。
【００５８】
また、図９は、液晶素子１１０に固定した実効電圧を印加し、液晶素子１１０の温度（ＴＬＣ［℃］）を変化させたときのピーク電圧値（Ｖｐ）の実測値を示すグラフである。なお、液晶素子１１０へ印加する電圧の条件は、図５（ａ）のようなＰＷＭ駆動の電圧（波形）を与えるものであって、ここでは、３つの異なる値の実効電圧値ＶＳ１、ＶＳ２およびＶＳ３［Ｖｒｍｓ］（ＶＳ１＜ＶＳ２＜ＶＳ３）を与えた場合を例とする。このように、液晶素子１１０に印加する実効電圧値［Ｖｒｍｓ］を決めると、温度ＴＬＣ［℃］によって特定のピーク電圧値Ｖｐが決まるので、この特性を利用して、実効電圧値［Ｖｒｍｓ］とピーク電圧値Ｖｐ［Ｖ］に基づいて温度ＴＬＣ［℃］を特定（検出）することができる。また、ピーク電圧値Ｖｐ［Ｖ］は、電流検出回路４１０およびピークホールド回路４２０の構成およびこれらの回路を構成する電子部品の特性などで様々な値を取り得るが、同じ回路構成であれば図９のように液晶素子１１０に印加する実効電圧（ＶＳ１、ＶＳ２およびＶＳ３［Ｖｒｍｓ］）が決まると、温度ＴＬＣ［℃］に対するピーク電圧値Ｖｐ［Ｖ］は特定された値として得ることができる。
【００５９】
検出電圧―温度変換回路４３０は、ピークホールド回路４２０から得られるピーク電圧値Ｖｐから温度情報に変換するためのルックアップテーブル（ＬＵＴ：Ｌｏｏｋ  Ｕｐ  Ｔａｂｌｅ）が含まれて構成される。例えば、検出されたピーク電圧値Ｖｐ（アナログ信号）をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータ等と、得られたピーク電圧値Ｖｐのデジタル信号を対応する温度情報（デジタル値）に変換するＬＵＴから構成される。このＬＵＴは、例えば、液晶素子１１０に印加するＭ個の異なる固定の値である実効電圧値ＶＳ１、ＶＳ２、…、ＶＳＭ［Ｖｒｍｓ］それぞれの値に対して、ピーク電圧値Ｖｐ［Ｖ］から温度情報に変換するためのＭ種類のテーブルを備えるものである。テーブル数を多く設定するほどピーク電圧値Ｖｐ［Ｖ］から変換される温度情報の精度を高くすることができる。
【００６０】
この場合、実際に液晶素子１１０に印加される実効電圧値ＶＳが、ＶＳ２の値に近似されるとき、ＶＳ２におけるピーク電圧値Ｖｐから温度情報に変換するテーブルが選択され、さらに、そのときに得られたピーク電圧値Ｖｐから特定の温度情報を得ることができる。また、温度変化に対応して駆動部１２２より液晶素子１１０に印加される実効電圧値ＶＳが変化すると、その値に対応したテーブルが選択されるように設定されるように機能する。そして、この温度情報は駆動部１２２（補正電圧テーブル４５０）へ与えられる。また、温度情報は、ピーク電圧値Ｖｐをデジタル信号に変換する例に限らず、アナログ信号のまま駆動部に与え、駆動部において駆動電圧に対してこのアナログ量を演算するものであってもよい。
【００６１】
次に、駆動部１２２の補正電圧テーブル４５０は、検出電圧―温度変換回路４３０より得られた温度情報として、例えばデジタル信号を受けて、その信号に基づいて液晶素子１１０に印加する補正すべき実効電圧値を選択するＬＵＴで構成される。例えば、補正電圧テーブル４５０に入力される信号により液晶素子１１０の温度が設定された温度よりも高温であると認知された場合、実効電圧値ＶＳ［Ｖｒｍｓ］が高くなるように制御する。一方、液晶素子１１０の温度が設定された温度よりも低温であると認知された場合、実効電圧値ＶＳ［Ｖｒｍｓ］が低くなるように制御することで、温度の変化に対して、液晶素子１１０の光学特性の変化を抑制することができる。
【００６２】
この制御は、例えば、図５（ａ）に示すＰＷＭ駆動の電圧を印加するとき、液晶素子１１０が設定された温度に対して高温である場合、時間Ｔ１を長く（時間Ｔ２を短く）し、設定された温度に対して低温である場合、時間Ｔ１を短く（時間Ｔ２を長く）するとよい。また、これまでＰＷＭ駆動について説明したが、駆動方法はこれに限らず例えば、ＡＭ（Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）駆動であってもよい。この場合、例えば、図５（ｂ）の波形のように矩形の交流波の周期を一定にして振幅Ｖａ［Ｖ］を変化させるように制御することで、液晶素子１１０に印加する電圧ＶＳ［Ｖｒｍｓ］を補正することができる。また、液晶素子１１０に印加する電圧はこれまでＰＷＭ駆動など、矩形の波形としたが、これに限らず例えば正弦波の電圧であってもよい。この場合は、印加電圧の大きな変化に対応する突入電流に関わるピーク電流値Ｉｐは得られないが、液晶素子１１０に定常的に流れる電流値を検出し、その電流値と温度との相関が得られる場合、温度補償が可能となる。
【００６３】
電圧供給回路４４０は、補正電圧テーブル４５０から得られる補正電圧の情報とシステム１３０からＩ／Ｆ回路４６０経由で得られる設定情報に基づき、ＰＷＭ駆動において｜Ｖａ｜となる時間Ｔ１を調整し、液晶素子１１０の温度に合わせた実効電圧値ＶＳを供給する。このように駆動部１２２は、温度検出部からの温度情報、システム１３０からの設定情報に基づいて液晶素子１１０に温度によって補正された電圧ＶＳを与える機能を有する。
【００６４】
また、図１０（ａ）は、図４に示す駆動回路１２０の構成と異なる駆動回路１０００について示すものである。また、駆動回路１０００のうち、図４に示す駆動回路１２０と同じ機能のものは同じ符号を付して説明の重複を避ける。図４の駆動回路１２０は、電圧供給回路４４０から端子４７０ａ、４７０ｂを経由して液晶素子１１０に電圧を印加する配線中に電流検出回路４１０を配置したが、駆動回路１０００は、液晶素子１１０の電流値に比例して流れる電源回路１０１０の電流値を検知することによって、ピーク電流値Ｉｐ［Ａ］に対応する電流値を得ることができる。また、簡単のため、電源回路１０１０より得られるピーク電流値もＩｐ［Ａ］として説明する。
【００６５】
図１０（ｂ）は、具体的に電源回路１０１０、電圧供給回路４４０および電流検出回路４１０の配線の例を示した模式図である。電源回路１０１０のアナログ電源として電圧供給回路４４０に例えば、＋Ｖｂと−Ｖｂとを供給するように配線されるが、その配線中に電流検出回路４１０が接続されているものである。なお、電圧供給回路４４０からは独立に液晶素子１１０に電圧を印加するが、例えば、端子１０７０ａ、１０７０ｂにそれぞれ、図６（ａ）、図６（ｂ）に示すような電圧を印加した場合でも、電源回路１０１０からの電流は液晶素子１１０に印加する電圧変動に依存せず安定しており、液晶素子１１０に発生する突入電流に起因するピーク電流値Ｉｐ（ピーク電圧値Ｖｐ）を検出することができる。そのため、ピーク電圧値Ｖｐ［Ｖ］を検出するためのピークホールド回路４２０に±Ｖｐ以上の検出幅を持つ回路が必要なくなるなど回路構成が簡便になる。
【００６６】
また、電流検出回路４１０は、例えば電源回路１０１０とピークホールド回路４２０とを接続する電源配線中に配置されていてもよいが、ロジック制御する回路の制御信号の影響が少なく、液晶素子１１０から得られる電流値の感度を高くできるため図１０（ｂ）に示すように電源回路１０１０と電圧供給回路４４０とを接続する電源配線中に配置されていることが好ましい。
【００６７】
また、これまで、ピーク電流値Ｉｐを検出してピーク電圧値Ｖｐを検出するための構成を示したがこれに限らず、例えば、図７（ｃ）の電流波形において、ピーク電流値が１回発生し０［Ａ］となるまでに流れる電流値を電圧値に変換し、その電圧値の積分値を検出する回路が備わるものであってもよい。ピーク電流値Ｉｐが温度によって変わることで、積分値も温度が決まることによって特定の値に決まるので、この積分値を利用して温度検出をするものである。この場合、ピークホールド回路４２０に対応する回路として、一定の周期における電圧の積分値を検出する積分回路が備わり、その値を検出電圧−温度変換回路に受け渡す機能を有することで実現ができるものである。
【００６８】
（液晶光学変調装置の第２の実施形態）
図１１は、本実施形態に係る液晶光学変調装置に用いられる液晶素子１１００の一例の構成を示した模式図である。図１１（ａ）は、液晶素子１１００の平面模式図であり、図１１（ｂ）はＡ−Ａ´のラインの断面を示す液晶素子１１００の断面模式図である。図２の液晶素子１１０と異なるところは、入射する光の位相を変調するための本来の液晶駆動によって光学特性を得る領域とは別の領域に液晶素子１１００の温度を測定するための領域を設ける点である。なお、図１１の液晶素子１１００において、液晶素子１１０と同じ構成を有するものは同じ番号を付して説明の重複を避ける。
【００６９】
図１１（ａ）に示す液晶素子１１００の平面模式図より、有効領域１１６０には、光が入射するものとし、この有効領域１１６０に一定の電圧を印加できるように透明電極１１２０ｂが形成されている。なお、光は有効領域１１６０のみに入射するものに限らない。例えば、液晶光学変調装置を透過する光が図示しないレンズに入射する場合、この有効領域１１６０を透過する光がレンズの有効径に相当する領域であって、有効領域より外側の周辺部分を透過する光がレンズの有効径より外側を透過して実質的に利用されない場合も考えられる。そして、有効領域より外側の周辺部分に、透明電極１１２０ｂとは絶縁された電極１１２０ｃが形成されている。なお、この電極１１２０ｃが有する領域は図１１（ａ）に示すような形状をしているものに限らずまた、この領域は光が入射しないかまたは入射する光が実質的に利用されないので、透明な材料と異なる材料で形成されていてもよい。ここで、透明電極１１２０ｂが形成された平面の領域を「駆動領域」とし、電極１１２０ｃが形成された平面の領域を「温度測定領域」と定義する。
【００７０】
また、電極引出部１１５０には、透明電極１１２０ｂと電気的に接続される電極１１２１、電極１１２０ｃと電気的に接続される電極１１２２、そして共通の電極となる透明電極１１２０ａが形成され、この電極引出部１１５０を通じて外部に接続される。このように駆動領域とは別に温度測定領域を設けることで、独立に温度測定もでき、また、駆動領域に近い位置に温度測定領域を設けることで測定する温度の誤差を小さくすることができる。
【００７１】
このように、温度測定領域を設けて独立に温度を測定する構成にすると、温度測定領域に印加する電圧（電極１１２０ｃ−透明電極１１２０ａ間の電圧）は、常に一定の電圧ＶＦ［Ｖｒｍｓ］であってよく、温度が変動することによって変化する液晶素子１１００のピーク電流値を得ることができればよい。一方、駆動領域は、得たい光学特性により電圧ＶＳ［Ｖｒｍｓ］を変化させる場合があり、例えばＮ種類の電圧レベル、ＶＳ１、ＶＳ２、…、ＶＳＮ［Ｖｒｍｓ］を液晶素子１１００に与える場合、Ｎ種類それぞれの電圧レベルにおいて、ピーク電流値（ピーク電圧値）に対応する温度情報への変換のテーブルを用意することなく、１種類のテーブルとすることができる。このため、検出電圧−温度変換回路を簡素化することができる。さらに、温度測定領域に独立に電圧を印加することができるので、駆動領域に印加する電圧（透明電極１１２０ｂ−透明電極１１２０ａ間の電圧）がゼロである場合でも、温度を測定することができる。
【００７２】
なお、図１１（ｂ）より、液晶層２４０は温度測定領域および駆動領域に共通（連続）する構成を示したが、これに限らず、温度測定領域と駆動領域の境界がシールされて２つの液晶層が独立して構成してもよい。この場合、温度測定領域に印加した電圧によって駆動領域の液晶層の液晶分子の配向方向の変化を抑制することができるのでより好ましい。また、その場合、温度測定領域に使用する液晶材料と駆動領域に使用する液晶材料とが異なるものであってもよい。
【００７３】
図１２は、本実施形態に係る液晶光学変調装置に用いられる駆動回路を示すブロック図である。図４に示す液晶光学変調装置の第１の実施形態に係る駆動回路１２０に対して、液晶素子１１００の駆動領域を駆動する電圧供給回路１２４０を含む駆動部１２２０と、温度測定領域を駆動する電圧供給回路１２５０を含む温度検出部１２１０から構成されている点が異なる。また、駆動部１２２０から液晶素子１１００の駆動領域に電圧を印加するための端子１２７０ａ、１２７０ｂを有し、温度測定部から液晶素子１１００の温度測定領域に電圧を印加するための端子１２８０ａ、１２８０ｂを有する。
【００７４】
ここでは、電圧供給回路１２４０と電圧供給回路１２５０とが独立しているため、電圧供給回路１２４０から供給される電圧の変化の影響を受けることなく、温度測定部の電圧供給回路１２５０から温度測定領域へ電圧を安定して供給することができる。また、電流検出回路１２３０およびピークホールド回路４２０でピーク電流値およびピーク電圧値を測定し、検出電圧−温度変換回路４３０で温度情報に換算して駆動部１２２０の補正電圧テーブル４５０に温度情報を与える流れは同じである。
【００７５】
また、図１２に示すように、電圧供給回路１２５０によって液晶素子１１００の温度測定領域に電圧を印加する配線中に電流検出回路１２３０が配置される構成に限らない。例えば、図１０（ｂ）に示す配線のように、図示しないが電源回路４９０と電圧供給回路１２５０との間の電源の配線中に電流検出回路１２３０が配置される構成であってもよい。
【００７６】
（光強度変調装置および光ヘッド装置の第１の実施形態）
図１３（ａ）は、液晶光学変調装置１３３０と偏光選択素子１３３４からなる光強度変調装置１３４０を示す模式図である。液晶光学変調装置１３３０は、液晶素子１３３１と駆動回路１３３２を有し、またシステム１３３３が含まれていてもよい。また、偏光選択素子１３３４は、例えば、第１の偏光状態として第１の偏光方向の直線偏光（Ｙ方向）の光を直進透過し、第２の偏光状態として第１の偏光方向と直交する第２の偏光方向の直線偏光（Ｘ方向）の光を直進透過させない機能を有する偏光子が挙げられる。
【００７７】
ここで、図１３（ａ）の光強度変調装置１３４０において、例えばＸ方向の直線偏光の光がＺ方向と平行に進行して、液晶素子１３３１、偏光選択素子１３３４の順に入射する場合を考える。このとき、液晶素子１３３１が、図２の液晶素子１１０のように電圧非印加時において９０°ツイストしてなるＴＮ液晶を有する場合、液晶素子１３３１に印加する電圧の大きさによってＸ方向の直線偏光成分量とＹ方向の直線偏光成分量とを調整する。そして、偏光選択素子１３３４によりＹ方向の偏光方向の直線偏光の成分のみを透過することによって偏光選択素子１３３４を透過する光の光量調整を行うものである。以下、偏光選択素子１３３４は、上記のように第１の直線偏光と第２の直線偏光における偏光子の機能を有するものとして説明するが、これに限らず、例えば第１の偏光状態として右回りの円偏光の光を直進透過させ、第２の偏光状態として左回りの円偏光の光を遮断するコレステリック液晶からなるものであってもよい。
【００７８】
図１３（ｂ）は、本実施形態に係る光強度変調装置１３４０を用いた光ヘッド装置１３００の構成を示す模式図である。光ヘッド装置１３００は、光源１３１０から出射した光がコリメートレンズ１３２１で平行光となり、液晶素子１３３１で変調された光が偏光ビームスプリッタ１３４５で特定の偏光成分の光を直進透過し１／４波長板１３５０で円偏光となった光を対物レンズ１３２２で光ディスク１３７０に集光させる。光ディスク１３７０で反射した光は１／４波長板１３５０を透過し、偏光ビームスプリッタ１３４１で反射されてシリンドリカルレンズなどの集光レンズ１３２３で集光されて光検出器１３８０に到達する。なお、図１３（ｂ）の光ヘッド装置１３００において、光強度変調装置１３４０は、液晶光学変調装置１３３０と偏光選択素子に相当する偏光ビームスプリッタ１３３５からなる。以下に光強度変調装置１３４０を利用した光ヘッド装置の機能について説明する。なお、この場合、液晶素子１３３１の有効領域は、光が液晶素子１３３１を透過する領域うち、対物レンズ１３２２の有効径に入射する光に相当する領域とすることができる。また、光が液晶素子１３３１を透過する領域が、対物レンズ１３２２の有効径に入射する光に相当する領域に一致するものであってもよい。
【００７９】
まず、液晶光学変調装置１３３０に含まれる液晶素子１３３１は、図２に示す液晶素子１１０の構成のものとして考える。ここで、光ディスク１３７０に対し、例えば、情報の記録・再生を行う場合について考えると、情報の記録時に光ディスク１３７０に集光させる光量は情報の再生時に比べて大きくする必要があり、一方で光ディスク１３７０の種類にもよるが、記録時の光量を１００％としたとき、再生時の光量は数％〜８０％程度の光量の間のいずれかの値で安定した光量となるように調整が必要となる。さらに、例えば、ＢＤなどの高密度光記録媒体のように記録層が２層以上に多層化された光ディスクを記録・再生する場合や、記録・再生速度を光ディスク１３７０の種類やその品質に応じて切り替える場合は、複数（３値以上）の光量の制御が必要になることがある。
【００８０】
光ディスク１３７０に到達する光量については、直接的に光源１３１０として用いられる半導体レーザの注入電流を調節して発光光量を制御することもできるが、注入電流を小さくするときに半導体レーザの発光ノイズが大きくなってＳ／Ｎ（Ｓｉｎｇａｌ／Ｎｏｉｓｅ）比が大きくなることを懸念し、半導体レーザの発光光量を一定値に維持する方が都合よい。このため、記録・再生を切り替える等で光量を制御する場合は、光強度変調装置１３４０によって光量調整をすることで光ディスク１３７０に安定した光が到達する効果を得ることができる。さらに、本願発明の液晶光学変調装置１３３０および光強度変調装置１３４０によって温度が変化する環境においても安定した制御ができるとともに光ヘッド装置に小型化を実現することができる。
【００８１】
光ヘッド装置１３００の具体的な作用としては、例えば、光源１３１０からＸ方向の直線偏光の光が出射し、平行光になって液晶素子１３３１に入射する。液晶素子１３３１では、電圧非印加時にＸ方向の直線偏光の光をＹ方向の直線偏光の光に変換して透過させ、駆動回路１３３２によって印加する電圧を増加させることによって透過する光のうちＸ方向の直線偏光の光の成分を大きくすることができる。
【００８２】
また、偏光ビームスプリッタ１３３５は、Ｙ方向の直線偏光方向の光の成分を透過させ、Ｘ方向の直線偏光の光の成分を光ディスク１３７０とは異なる方向へ反射させる機能を有するものとする。このとき、例えば、液晶素子１３３１に対して電圧非印加時（ＶＳ＝０［Ｖｒｍｓ］）において、ほぼ１００％の光量が光ディスク１３７０に達し、この光量によって情報の記録を行うことができる。一方、液晶素子１３３１に対して電圧を印加（ＶＳ＞０［Ｖｒｍｓ］）とすることでＸ方向の偏光方向の光の成分が増加するのでＹ方向の偏光方向の光の光量が減少し、光ディスクの種類に合わせて情報の再生に適切な光量となるように制御することができる。また、偏光ビームスプリッタ１３３５を透過したＹ方向の直線偏光の光は、１／４波長板１３５０で円偏光の光となり、光ディスク１３７０で反射されて再度１／４波長板１３５０を透過することによってＸ方向の直線偏光の光となる。光ディスク１３７０から反射されたＸ方向の直線偏光の光は偏光ビームスプリッタ１３３５で反射され光検出器１３８０へ偏向される。
【００８３】
（光強度変調装置および光ヘッド装置の第２の実施形態）
これまで液晶素子は、ＴＮ液晶を用いるものについて説明したが、有効領域において液晶に電圧を印加するための透明電極を複数有する液晶素子を用いた液晶光学変調装置および光ヘッド装置について説明する。図１４（ａ）は、収差補正用として例として非点収差を補正する液晶素子１４１０の平面模式図であり、図１４（ｂ）はＢ−Ｂ´のラインの断面を示す液晶素子１４１０の断面模式図である。液晶素子１４１０は、光が入射する有効領域１４１５に、駆動領域に相当する５つの透明電極１４１２ｂ、１４１２ｃ、１４１２ｄ、１４１２ｅおよび１４１２ｆを備える。そして、温度測定領域として有効領域外に電極１４１２ｇを備える。なお、図示しない電極引出部等によって各電極が外部に接続される。
【００８４】
図１４（ｂ）の断面模式図より、液晶素子１４１０は、透明基板１４１１ａおよび透明基板１４１１ｂに液晶分子１４１６ａが同一の方向（Ｘ方向）に配向されてなる液晶層１４１６が、周辺部にあるシール材１４１３によってシールされる。例えば、透明電極１４１２ａに印加される電圧を基準として、駆動領域に形成される５つの透明電極それぞれに電圧を印加すると、それぞれの透明電極の領域の液晶分子の配向方向が変化し、このため、透過する光に位相の分布を発生させることができる。このようにして、液晶素子１４１０を用いる光学装置において（非点）収差を補正することができる。
【００８５】
図１４（ｃ）は、光ヘッド装置１４００の模式図であって、このように収差補正用の液晶素子１４１０を用いた液晶光学変調装置１４４０を、液晶素子１４１０に光が入射するように配置する例である。光ヘッド装置１４００を構成する他の光学部品として、光ヘッド装置１３００と同じものは、同一の番号を付して説明の重複を避ける。この場合、液晶素子１４１０は偏光ビームスプリッタ１３３５と１／４波長板１３５０との間の光路中に配置したが、これに限らず、コリメータレンズ１３２１と対物レンズ１３２２との間の光路中の他の位置にも配置することができる。
【００８６】
ここで、例えば、光ヘッド装置１４００で非点収差が発生し、これを補正するために透明電極１４１２ｂ、１４１２ｃ、１４１２ｄ、１４１２ｅおよび１４１２ｆに適切な電圧を印加するが、発生する収差量に応じてこれらの透明電極に印加する電圧を変化させる必要がある。このとき、例えば１つの透明電極として透明電極１４１２ｂのピーク電流値を測定して温度検出をすることもできるが、温度測定領域となる電極１４１２ｇによって電圧を印加する液晶のピーク電流値を検出することによってピーク電流値（ピーク電圧値）に対応する温度情報への変換のテーブルを用意することなく、１種類のテーブルとすることができ、駆動回路１４２０に含まれる検出電圧−温度変換回路を簡素化することができる。
【００８７】
このように、光が入射する有効領域において、液晶に印加する電圧をリアルタイムに変化させて光学特性を制御する必要がある液晶素子を含む液晶光学変調装置の場合、とくに温度測定領域を設けることで、温度測定領域に定常的に一定の電圧を印加することで得られるピーク電流値を検出することによって駆動回路を簡素化することができる。
【００８８】
また、本願発明の液晶光学変調装置は、光ヘッド装置に適用する場合、光強度変調装置および光ヘッド装置の第１の実施形態および第２の実施形態に限らず、液晶に電圧を印加して光学特性を可変する機能を有するもの、例えば、液晶を用いた回折素子などに適用できる。また、光ヘッド装置に限らず同様に液晶を用いる投射型を含む表示装置、通信分野における光減衰器などに適用が可能である。
【００８９】
（実施例）
図１５は、本発明の液晶光学変調装置１５２０を用いて、液晶素子１５２１の温度を変えて光学特性を測定するための模式図を示したものである。液晶素子１５２１は、図２の液晶素子１１０と同じものであり、とくに電圧非印加時に、図２でいう液晶層２４０内の液晶分子２４１の長手方向が厚さ方向に９０°ツイストして配向されるものである。また、液晶素子１５２１を駆動するための駆動回路１５２２は、第１の実施形態に係る図４に示す駆動回路１２０と同じ回路構成を有するものを用いた。
【００９０】
また、光源１５１０は４０８ｎｍの単一波長の光を発するレーザーダイオードを用いた。光源１５１０から発射する光は、図示しない偏光子によってＸ方向の偏光成分のみ透過させ、さらに、光軸を中心にφ１．５ｍｍの図示しないピンホールを通して、Ｘ方向の直線偏光の光を液晶素子１５２１に入射させるように設置した。また、液晶素子１５２１を透過した光の進行方向にＸ方向の光の成分のみを透過させる検光子１５３０を配置し、光量を検出する光検出器１５４０を設置した。なお、液晶素子１５２１は、温度調節装置１５５０の中に入れて温度を変更できるようにしたものである。
【００９１】
このとき、Ｘ方向の直線偏光の光で液晶素子１５２１に入射する光の光量を１００％としたとき、検光子１５４０で検出される光の光量を透過率Ｔｒ［％］とし、この透過率Ｔｒが３０［％］となるように、液晶素子１５２１からのピーク電流値Ｉｐを観測して温度に対して液晶素子１５２１に印加すべき実効電圧値ＶＳ［Ｖｒｍｓ］を調整できるように駆動回路１５２２およびシステム１５２３を設定した。
【００９２】
ここで、温度調節装置１５５０によって温度ＴＬＣ［℃］を変化させたときの透過率Ｔｒ［％］を測定した実測値を図１６（ａ）に示す。このとき、温度ＴＬＣ［℃］の範囲を１６〜７３［℃］の範囲で変化させたとき、いずれの温度ＴＬＣにおいても、透過率Ｔｒは３０［％］程度となり、本発明の液晶光学変調装置によって温度変化に対して安定した光学特性が得られることがわかった。
【００９３】
（比較例）
比較例として、実施例と同じ透過率を測定する構成において、液晶素子１５２１には、本願発明の駆動回路１５２２の代わりに、固定した電圧を与える図示しない電源を接続した。このとき、温度ＴＬＣ＝２５［℃］のときに、透過率Ｔｒ＝３０［％］となるときの（固定の）実効電圧値ＶＦ［Ｖｒｍｓ］を与え、温度調節装置１５５０によって温度ＴＬＣ［℃］を変化させたときの透過率Ｔｒ［％］を測定した実測値を図１６（ｂ）に示す。この結果より、温度が変化することによって透過率Ｔｒが大きく変化し、安定した光学特性は得られなかった。
【産業上の利用可能性】
【００９４】
以上のように、液晶素子に電圧を印加して得られる電流、とくにピーク電流値より温度情報を得て、液晶素子に補正した電圧を印加することができるので、サーミスタなど専用の温度センサを用いることなく温度補償ができるので、液晶光学変調装置の小型化が実現でき、有用である。
【符号の説明】
【００９５】
１００、１３３０、１５２０  液晶光学変調装置
１１０、１１００、１３３１、１４１０、１５２１  液晶素子
１２０、１０００、１２００、１３３２、１５２２  駆動回路
１２１、１２１０  温度検出部
１２２、１２２０  駆動部
１３０、１３３３、１４２３  システム
２１０ａ、２１０ｂ、１４１１ａ、１４１１ｂ  透明基板
２２０ａ、２２０ｂ、１１２０ａ、１１２０ｂ、１１２０ｃ、１１２１、１１２２、１４１２ａ、１４１２ｂ、１４１２ｃ、１４１２ｄ、１４１２ｅ、１４１２ｆ、１４１２ｇ  （透明）電極
２３０、１４１３  シール材
２４０、１４１６  液晶層
２４１、１４１６ａ  液晶分子
２５０、１１５０  電極引出部
４１０、１２３０  電流検出回路
４２０  ピークホールド回路
４３０  検出電圧−温度変換回路
４４０、１２４０、１２５０  電圧供給回路
４５０  補正電圧テーブル
４６０  Ｉ／Ｆ回路
４７０ａ、４７０ｂ、４８０、１０７０ａ、１０７０ｂ、１２７０ａ、１２７０ｂ、１２８０ａ、１２８０ｂ  端子
４９０、１０１０  電源回路
１１６０、１４１５  有効領域
１３００  光ヘッド装置
１３１０、１５１０  光源
１３２１  コリメータレンズ
１３２２  対物レンズ
１３２３  集光レンズ
１３３４  偏光選択素子
１３３５  偏光ビームスプリッタ
１３４０  光強度変調装置
１３５０  １／４波長板
１３７０  光ディスク
１３８０、１５４０  光検出器
１５３０  検光子
１５５０  温度調節装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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