(57)【要約】【課題】無信号状態であることを精度よく検出し、液晶素子の消費電力の増大を抑制する位相変調装置を提供する。【解決手段】位相変調装置１は画像データ生成部２と制御部３と受光信号検出部４と液晶素子５とを備える。画像データ生成部２は画像データＤＤを生成する。制御部３は画像データＤＤに基づいて階調制御信号ＧＣＳを生成する。液晶素子５は第１の基板２０と受光部６とを有する。第１の基板２０は画素を構成する画素電極２４が複数配置されている画素領域２１を有する。受光部６は画素領域２１に照射される光ＳＬを光電変換して受光信号ＬＲＳを生成する。受光信号検出部４は受光信号ＬＲＳに基づいて駆動制御信号ＳＣＳを生成する。液晶素子５は階調制御信号ＧＣＳに基づいて複数の画素電極２４に異なる駆動電圧ＤＶが印加されることにより、画素領域２１に照射される光ＳＬの波面ＷＦを傾斜させる。【選択図】図１
2019159036.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の画素電極が配置され、１個の画素電極が１画素を構成する画素領域を有する第１の基板と、
前記複数の画素電極と対向する対向電極を有し、かつ、前記第１の基板と所定の間隙を有して配置されている第２の基板と、
前記所定の間隙に充填されている液晶と、
前記第１の基板において前記画素領域の近傍に配置され、前記画素領域に照射される光を光電変換して受光信号を生成する受光部と、
を備え、
前記各画素に対応する階調データを含む階調制御信号に基づいて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、前記画素領域に照射される光の波面を傾斜させる
ことを特徴とする液晶素子。
【請求項２】
情報データに基づいて位相の変化量の分布または位相速度の分布に対応する画像データを生成する画像データ生成部と、
前記画像データに基づいて階調制御信号を生成する制御部と、
前記階調制御信号により制御される液晶素子と、
を備え、
前記液晶素子は、
複数の画素電極が配置され、１個の画素電極が１画素を構成する画素領域を有する第１の基板と、
前記複数の画素電極と対向する対向電極を有し、かつ、前記第１の基板と所定の間隙を有して配置されている第２の基板と、
前記所定の間隙に充填されている液晶と、
前記第１の基板において前記画素領域の近傍に配置され、前記画素領域に照射される光を光電変換して受光信号を生成する受光部と、
を有し、かつ、
前記各画素に対応する階調データを含む前記階調制御信号に基づいて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、前記画素領域に照射される光の波面を傾斜させ、
前記受光信号に基づいて、前記液晶素子の駆動を通常動作からスタンバイ状態に切り替える、または、スタンバイ状態から通常動作に切り替えるための駆動制御信号を生成する受光信号検出部をさらに備え、
前記制御部は、前記駆動制御信号に基づいて、前記液晶素子の駆動を通常動作からスタンバイ状態に切り替える、または、スタンバイ状態から通常動作に切り替えるように前記液晶素子を制御する
ことを特徴とする位相変調装置。
【請求項３】
前記複数の画素電極は光反射性を有し、
前記情報データは、入射される前記光の入力ポート及び出力ポートの位置と前記画素電極における前記光の入射に対する反射の角度との関係を示すパラメータと、前記光の波長帯のパラメータとを含む
ことを特徴とする請求項２に記載の位相変調装置。
【請求項４】
液晶素子において複数の画素電極が配置され、１個の画素電極が１画素を構成し、かつ、前記各画素に対応する階調データを含む階調制御信号に基づいて前記複数の画素電極に異なる駆動電圧が印加される画素領域に照射される光を光電変換して受光信号を生成し、
前記受光信号の信号レベルが閾値電圧以上か否かを判定し、
前記受光信号の信号レベルが閾値電圧以上ではないと判定された場合に、前記閾値電圧以上ではない状態が所定の時間以上経過したか否かを判定し、
前記所定の時間以上経過したと判定された場合に、前記液晶素子の駆動を通常動作からスタンバイ状態に切り替える
ことを特徴とする液晶素子の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶素子、位相変調装置、及び、液晶素子の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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、反射型の液晶素子、例えばＬＣＯＳ（Liquid Crystal on Silicon）素子等が用いられる。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１６−１４３０３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ＷＳＳ装置における光スイッチング素子としてＬＣＯＳ素子を用いる場合、一般的に、ＬＣＯＳ素子は、光信号処理時には同じ画像パターンを長時間に亘って維持する一方、長時間に亘って無信号状態となることがある。無信号状態においてＬＣＯＳ素子を駆動させ続けることは消費電力を増大させる要因となる。
【００１０】
本発明は、無信号状態であることを精度よく検出し、液晶素子の消費電力の増大を抑制する液晶素子、位相変調装置、及び、液晶素子の制御方法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】
【００１１】
本発明は、複数の画素電極が配置され、１個の画素電極が１画素を構成する画素領域を有する第１の基板と、前記複数の画素電極と対向する対向電極を有し、かつ、前記第１の基板と所定の間隙を有して配置されている第２の基板と、前記所定の間隙に充填されている液晶と、前記第１の基板において前記画素領域の近傍に配置され、前記画素領域に照射される光を光電変換して受光信号を生成する受光部とを備え、前記各画素に対応する階調データを含む階調制御信号に基づいて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、前記画素領域に照射される光の波面を傾斜させることを特徴とする液晶素子を提供する。
【００１２】
また、本発明は、情報データに基づいて位相の変化量の分布または位相速度の分布に対応する画像データを生成する画像データ生成部と、前記画像データに基づいて階調制御信号を生成する制御部と、前記階調制御信号により制御される液晶素子とを備え、前記液晶素子は、複数の画素電極が配置され、１個の画素電極が１画素を構成する画素領域を有する第１の基板と、前記複数の画素電極と対向する対向電極を有し、かつ、前記第１の基板と所定の間隙を有して配置されている第２の基板と、前記所定の間隙に充填されている液晶と、前記第１の基板において前記画素領域の近傍に配置され、前記画素領域に照射される光を光電変換して受光信号を生成する受光部とを有し、かつ、前記各画素に対応する階調データを含む前記階調制御信号に基づいて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、前記画素領域に照射される光の波面を傾斜させ、前記受光信号に基づいて、前記液晶素子の駆動を通常動作からスタンバイ状態に切り替える、または、スタンバイ状態から通常動作に切り替えるための駆動制御信号を生成する受光信号検出部をさらに備え、前記制御部は、前記駆動制御信号に基づいて、前記液晶素子の駆動を通常動作からスタンバイ状態に切り替える、または、スタンバイ状態から通常動作に切り替えるように前記液晶素子を制御することを特徴とする位相変調装置を提供する。
【００１３】
また、本発明は、液晶素子において複数の画素電極が配置され、１個の画素電極が１画素を構成し、かつ、前記各画素に対応する階調データを含む階調制御信号に基づいて前記複数の画素電極に異なる駆動電圧が印加される画素領域に照射される光を光電変換して受光信号を生成し、前記受光信号の信号レベルが閾値電圧以上か否かを判定し、前記受光信号の信号レベルが閾値電圧以上ではないと判定された場合に、前記閾値電圧以上ではない状態が所定の時間以上経過したか否かを判定し、前記所定の時間以上経過したと判定された場合に、前記液晶素子の駆動を通常動作からスタンバイ状態に切り替えることを特徴とする液晶素子の制御方法を提供する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の液晶素子、位相変調装置、及び、液晶素子の制御方法によれば、無信号状態であることを精度よく検出し、液晶素子の消費電力の増大を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】一実施形態の位相変調装置を示すブロック図である。
【図２】液晶素子の一例を示す上面図である。
【図３】図２のＡ−Ａで切断した液晶素子の断面図である。
【図４】反射型液晶素子による信号光の位相変調を示す図である。
【図５Ａ】画素電極に印加される駆動電圧を示す図である。
【図５Ｂ】画素電極上の液晶の屈折率を示す図である。
【図６】一実施形態の位相変調装置の受光信号検出部を示す図である。
【図７】位相変調装置における液晶素子の制御方法の一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
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、画像データ生成部２と、制御部３と、受光信号検出部４と、反射型の液晶素子５とを備える。液晶素子５には受光部６が形成されている。画像データ生成部２、制御部３、及び、受光信号検出部４を集積回路として構成してもよい。受光信号検出部４としてウォッチドッグ回路等の電圧監視回路を用いてもよい。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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。 
【００２０】
制御部３は、画像データＤＤに基づいて、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階調制御信号ＧＣＳを生成する。制御部３は、階調制御信号ＧＣＳ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、階調制御信号ＧＣＳによりＬＣＯＳ素子５の駆動を制御する。
【００２１】
受光部６は、照射される光を光電変換し、受光信号ＬＲＳを生成する。受光部６は受光信号ＬＲＳを受光信号検出部４へ出力する。受光信号検出部４は受光信号ＬＲＳを常に監視している。受光信号検出部４は受光信号ＬＲＳの信号レベルを検出する。
【００２２】
受光信号検出部４は，受光信号ＬＲＳの信号レベルとその経過時間とに基づいて、ＬＣＯＳ素子５の駆動を通常動作からスタンバイ状態に切り替えるための駆動制御信号ＳＣＳ１、または、ＬＣＯＳ素子５の駆動をスタンバイ状態から通常動作に切り替えるための駆動制御信号ＳＣＳ２を生成し、制御部３へ出力する。
【００２３】
制御部３は、駆動制御信号ＳＣＳ１に基づいて、ＬＣＯＳ素子５の駆動を通常動作からスタンバイ状態に切り替える駆動制御信号ＳＣＳ３を生成し、ＬＣＯＳ素子５へ出力する。制御部３は、駆動制御信号ＳＣＳ３によりＬＣＯＳ素子５を通常動作からスタンバイ状態に切り替える。
【００２４】
制御部３は、駆動制御信号ＳＣＳ２に基づいて、ＬＣＯＳ素子５の駆動をスタンバイ状態から通常動作に切り替える駆動制御信号ＳＣＳ４を生成し、ＬＣＯＳ素子５へ出力する。制御部３は、駆動制御信号ＳＣＳ４によりＬＣＯＳ素子５をスタンバイ状態から通常動作に切り替える。液晶素子５の具体的な制御方法については後述する。
【００２５】
図２、及び、図３を用いて、ＬＣＯＳ素子５の構成例を説明する。図２または図３に示すように、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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。なお、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。
【００２８】
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が画素領域２１に照射される光を受光できる領域である。受光部６は、画素領域２１に照射される光（例えば信号光）を受光して光電変換し、受光信号ＬＲＳを生成する。
【００２９】
受光部６は例えばフォトダイオードである。図２には、４個の受光部６が画素領域２１の各角部よりも外側の領域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れば角部以外の任意の位置に形成することができる。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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ＳＣＳ３及びＳＣＳ４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、受光信号検出部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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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との間に加わる電圧である。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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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を傾斜させることができる。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
図６を用いて、受光信号検出部４の構成例を説明する。図６に示すように、受光信号検出部４は、抵抗４２と、検出回路４３とを有する。図６に示すフォトダイオードは受光部６を示している。受光信号検出部４の検出回路４３は、受光部６で生成された受光信号ＬＲＳを検出する。なお、抵抗４２は、ＬＣＯＳ素子５の駆動基板２０に形成されていてもよい。電源４１は受光部６にバイアス電圧を印加する。具体的には、電源４１は、図２または図３に示す複数の接続端子２３のうちの所定の接続端子２３に接続されている。電源４１は、所定の接続端子２３を介して受光部６にバイアス電圧を供給する。
【００５０】
図７に示すフローチャートを用いて、ＬＣＯＳ素子５（液晶素子）の制御方法を説明する。図７のフローチャートに示す通常動作とは、画像データＤＤに基づいて画素ブロック２５ごとに屈折率分布を繰り返す画像パターンがＬＣＯＳ素子５の画素領域２１に表示され、かつ、信号光ＳＬが画素領域２１の画素ブロック２５に照射されている状態におけるＬＣＯＳ素子５の動作に相当する。
【００５１】
通常動作において、受光信号検出部４は、図７に示すフローチャートのステップＳ１にて、受光部６で生成された受光信号ＬＲＳを検出回路４３により検出する。さらに、受光信号検出部４は、受光信号ＬＲＳの信号レベルが予め設定されている閾値電圧Ｖｔｒ以上か否かを検出回路４３により判定する。閾値電圧Ｖｔｒ以上である（ＹＥＳ）と判定された場合、位相変調装置１は、処理をステップＳ１に戻す。
【００５２】
閾値電圧Ｖｔｒ以上ではない（ＮＯ）と判定された場合、受光信号検出部４は、検出回路４３により無信号状態であると判断し、ステップＳ２にて、閾値電圧Ｖｔｒ以上ではない状態（無信号状態）が所定の時間以上経過したか否かを検出回路４３により判定する。所定の時間以上経過してない（ＮＯ）と判定された場合、位相変調装置１は、処理をステップＳ１に戻す。
【００５３】
所定の時間以上経過した（ＹＥＳ）と判定された場合、受光信号検出部４は、ステップＳ３にて、ＬＣＯＳ素子５の駆動を通常動作からスタンバイ状態に切り替えるための駆動制御信号ＳＣＳ１を生成し、制御部３へ出力する。
【００５４】
制御部３は、ステップＳ４にて、駆動制御信号ＳＣＳ１に基づいて、ＬＣＯＳ素子５の駆動を通常動作からスタンバイ状態に切り替える駆動制御信号ＳＣＳ３を生成し、ＬＣＯＳ素子５へ出力する。制御部３は、駆動制御信号ＳＣＳ２によりＬＣＯＳ素子５を通常動作からスタンバイ状態に切り替える。
【００５５】
制御部３は、駆動制御信号ＳＣＳ２により、例えばＬＣＯＳ素子５の駆動を停止させ、スタンバイ状態にする。または、制御部３は、駆動制御信号ＳＣＳ２により、例えば全画面が同一階調の画像パターンを画素領域２１に表示させ、スタンバイ状態にする。
【００５６】
ＬＣＯＳ素子５の消費電力を最小にするには、通常、全画面が０階調となる同一階調の画像パターンを画素領域２１に表示させる。しかしながら、ＬＣＯＳ素子５の駆動方式または回路構成等によっては全画面が中間の階調となる同一階調の画像パターンを画素領域２１に表示させることが好ましい場合がある。従って、ＬＣＯＳ素子５の消費電力が最小となる階調を実験結果に基づいて設定するようにしてもよい。全画面が設定された階調となる同一階調の画像パターンを画素領域２１に表示させてＬＣＯＳ素子５をスタンバイ状態にすることにより、スタンバイ状態におけるＬＣＯＳ素子５の消費電力を最小に抑えることができる。
【００５７】
制御部３は、駆動制御信号ＳＣＳ２により、例えば全画面が設定された階調となる同一階調の画像パターンを画素領域２１に表示させ、さらに所定の時間が経過した後にＬＣＯＳ素子５の駆動を停止させ、スタンバイ状態にするようにしてもよい。
【００５８】
スタンバイ状態においても、受光部６にはバイアス電圧が印加されている。そのため、スタンバイ状態においても、受光信号検出部４は、受光部６で生成された受光信号ＬＲＳを検出回路４３により検出することができる。
【００５９】
スタンバイ状態において、受光信号検出部４は、ステップＳ５にて、受光部６で生成された受光信号ＬＲＳを検出回路４３により検出する。さらに、受光信号検出部４は、受光信号ＬＲＳの信号レベルが予め設定されている閾値電圧Ｖｔｒ以上か否かを判定する。閾値電圧Ｖｔｒ以上ではない（ＮＯ）と判定された場合、受光信号検出部４は無信号状態であると判断する。位相変調装置１は、処理をステップＳ５に戻す。
【００６０】
閾値電圧Ｖｔｒ以上である（ＹＥＳ）と判定された場合、受光信号検出部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。さらに、受光信号検出部４は、ステップＳ６にて、ＬＣＯＳ素子５の駆動をスタンバイ状態から通常動作に切り替えるための駆動制御信号ＳＣＳ２を生成し、制御部３へ出力する。
【００６１】
制御部３は、ステップＳ７にて、駆動制御信号ＳＣＳ２に基づき、駆動制御信号ＳＣＳ３に替えて階調制御信号ＧＣＳをＬＣＯＳ素子５へ出力する。これにより、ＬＣＯＳ素子５はスタンバイ状態から通常動作に切り替わる。位相変調装置１は、処理をステップＳ１に戻す。
【００６２】
本実施形態の液晶素子、位相変調装置、及び、液晶素子の制御方法では、液晶素子（ＬＣＯＳ素子）５には受光部６が形成されている。受光部６は、液晶素子５の画素領域２１の近傍の領域に形成されているため、画素領域２１に照射される光（例えば信号光ＳＬ）を受光することができる。
【００６３】
受光部６は、照射される光を光電変換して受光信号ＬＲＳを生成し、受光信号検出部４へ出力する。受光信号検出部４は、受光信号ＬＲＳの信号レベルとその経過時間とに基づいて、ＬＣＯＳ素子５の駆動を通常動作からスタンバイ状態に切り替えるための駆動制御信号ＳＣＳ１、または、ＬＣＯＳ素子５の駆動をスタンバイ状態から通常動作に切り替えるための駆動制御信号ＳＣＳ２を生成し、制御部３へ出力する。
【００６４】
制御部３は、駆動制御信号ＳＣＳ１に基づいて、ＬＣＯＳ素子５の駆動を通常動作からスタンバイ状態に切り替える駆動制御信号ＳＣＳ３を生成し、ＬＣＯＳ素子５へ出力する。制御部３は、駆動制御信号ＳＣＳ３によりＬＣＯＳ素子５を通常動作からスタンバイ状態に切り替える。
【００６５】
制御部３は、駆動制御信号ＳＣＳ２に基づいて、駆動制御信号ＳＣＳ３に替えて階調制御信号ＧＣＳをＬＣＯＳ素子５へ出力する。これにより、ＬＣＯＳ素子５はスタンバイ状態から通常動作に切り替わる。
【００６６】
従って、本実施形態の液晶素子、位相変調装置、及び、液晶素子の制御方法によれば、無信号状態であることを精度よく検出し、液晶素子の消費電力の増大を抑制できる。
【００６７】
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。
【符号の説明】
【００６８】
１  位相変調装置
２  画像データ生成部
３  制御部
４  受光信号検出部
５  ＬＣＯＳ素子（液晶素子）
６  受光部
１１  液晶
２０  駆動基板（第１の基板）
２１  画素領域
２４，２４ａ，２４ｂ，２４ｃ  画素電極
３０  透明基板（第２の基板）
３１  対向電極
ＤＤ  画像データ
ＤＶ  駆動電圧
ＧＣＳ  階調制御信号
ＬＲＳ  受光信号
ＳＣＳ  駆動制御信号
ＳＬ  信号光
ＷＦ  波面
【図１】
2019159036.tif 000003
【図２】
2019159036.tif 000004
【図３】
2019159036.tif 000005
【図４】
2019159036.tif 000006
【図５Ａ】
2019159036.tif 000007
【図５Ｂ】
2019159036.tif 000008
【図６】
2019159036.tif 000009
【図７】
2019159036.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成30年12月26日(2018.12.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００５】
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。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
本発明は、複数の画素電極が配置され、１個の画素電極が１画素を構成する画素領域を有する第１の基板と、前記複数の画素電極と対向する対向電極を有し、かつ、前記第１の基板と所定の間隙を有して配置されている第２の基板と、前記所定の間隙に充填されている液晶と、前記第１の基板において前記画素領域の近傍に配置され、前記画素領域に照射される光を光電変換して受光信号を生成する受光部とを備え、前記各画素に対応する階調データを含む階調制御信号に基づいて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、前記画素領域に照射される光の波面を変化させることを特徴とする液晶素子を提供する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
また、本発明は、情報データに基づいて位相の変化量の分布または位相速度の分布に対応する画像データを生成する画像データ生成部と、前記画像データに基づいて階調制御信号を生成する制御部と、前記階調制御信号により制御される液晶素子とを備え、前記液晶素子は、複数の画素電極が配置され、１個の画素電極が１画素を構成する画素領域を有する第１の基板と、前記複数の画素電極と対向する対向電極を有し、かつ、前記第１の基板と所定の間隙を有して配置されている第２の基板と、前記所定の間隙に充填されている液晶と、前記第１の基板において前記画素領域の近傍に配置され、前記画素領域に照射される光を光電変換して受光信号を生成する受光部とを有し、かつ、前記各画素に対応する階調データを含む前記階調制御信号に基づいて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、前記画素領域に照射される光の波面を変化させ、前記受光信号に基づいて、前記液晶素子の駆動を通常動作からスタンバイ状態に切り替える、または、スタンバイ状態から通常動作に切り替えるための駆動制御信号を生成する受光信号検出部をさらに備え、前記制御部は、前記駆動制御信号に基づいて、前記液晶素子の駆動を通常動作からスタンバイ状態に切り替える、または、スタンバイ状態から通常動作に切り替えるように前記液晶素子を制御することを特徴とする位相変調装置を提供する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２４】
制御部３は、駆動制御信号ＳＣＳ２に基づいて、駆動制御信号ＳＣＳ３に替えて階調制御信号ＧＣＳをＬＣＯＳ素子５へ出力する。これにより、ＬＣＯＳ素子５はスタンバイ状態から通常動作に切り替わる。液晶素子５の具体的な制御方法については後述する。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３６】
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ＳＣＳ３及び階調制御信号ＧＣＳ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、受光信号検出部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。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４４】
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。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５４】
制御部３は、ステップＳ４にて、駆動制御信号ＳＣＳ１に基づいて、ＬＣＯＳ素子５の駆動を通常動作からスタンバイ状態に切り替える駆動制御信号ＳＣＳ３を生成し、ＬＣＯＳ素子５へ出力する。制御部３は、駆動制御信号ＳＣＳ３によりＬＣＯＳ素子５を通常動作からスタンバイ状態に切り替える。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５５】
制御部３は、駆動制御信号ＳＣＳ３により、例えばＬＣＯＳ素子５の駆動を停止させ、スタンバイ状態にする。または、制御部３は、駆動制御信号ＳＣＳ３により、例えば全画面が同一階調の画像パターンを画素領域２１に表示させ、スタンバイ状態にする。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５７】
制御部３は、駆動制御信号ＳＣＳ３により、例えば全画面が設定された階調となる同一階調の画像パターンを画素領域２１に表示させ、さらに所定の時間が経過した後にＬＣＯＳ素子５の駆動を停止させ、スタンバイ状態にするようにしてもよい。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１】
複数の画素電極が配置され、１個の画素電極が１画素を構成する画素領域を有する第１の基板と、
前記複数の画素電極と対向する対向電極を有し、かつ、前記第１の基板と所定の間隙を有して配置されている第２の基板と、
前記所定の間隙に充填されている液晶と、
前記第１の基板において前記画素領域の近傍に配置され、前記画素領域に照射される光を光電変換して受光信号を生成する受光部と、
を備え、
前記各画素に対応する階調データを含む階調制御信号に基づいて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、前記画素領域に照射される光の波面を変化させる
ことを特徴とする液晶素子。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項２】
情報データに基づいて位相の変化量の分布または位相速度の分布に対応する画像データを生成する画像データ生成部と、
前記画像データに基づいて階調制御信号を生成する制御部と、
前記階調制御信号により制御される液晶素子と、
を備え、
前記液晶素子は、
複数の画素電極が配置され、１個の画素電極が１画素を構成する画素領域を有する第１の基板と、
前記複数の画素電極と対向する対向電極を有し、かつ、前記第１の基板と所定の間隙を有して配置されている第２の基板と、
前記所定の間隙に充填されている液晶と、
前記第１の基板において前記画素領域の近傍に配置され、前記画素領域に照射される光を光電変換して受光信号を生成する受光部と、
を有し、かつ、
前記各画素に対応する階調データを含む前記階調制御信号に基づいて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、前記画素領域に照射される光の波面を変化させ、
前記受光信号に基づいて、前記液晶素子の駆動を通常動作からスタンバイ状態に切り替える、または、スタンバイ状態から通常動作に切り替えるための駆動制御信号を生成する受光信号検出部をさらに備え、
前記制御部は、前記駆動制御信号に基づいて、前記液晶素子の駆動を通常動作からスタンバイ状態に切り替える、または、スタンバイ状態から通常動作に切り替えるように前記液晶素子を制御する
ことを特徴とする位相変調装置。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2019159036.tif 000011