JP2019184943A - Optical control element - Google Patents
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Abstract
【課題】複数の波長の光を扱いながら、且つ素子のサイズを小さくして高密度化しながら、出力光の偏向角や幅を制御することのできる光制御素子を提供する。【解決手段】光制御素子は、導波路と、光入力部と、変調部とを備える。導波路は、アレイ状に並べて配置されたものである。光入力部は、複数の異なる波長の光を時分割で前記導波路に入力する。変調部は、前記導波路上の前記光の、位相および振幅の少なくともいずれかを変調する。【選択図】図1Provided is an optical control element capable of controlling the deflection angle and width of output light while handling light of a plurality of wavelengths and reducing the element size to increase the density. An optical control element includes a waveguide, an optical input unit, and a modulation unit. The waveguides are arranged in an array. The light input unit inputs light of a plurality of different wavelengths to the waveguide in a time division manner. The modulator modulates at least one of a phase and an amplitude of the light on the waveguide. [Selection diagram] Fig. 1
Description
本発明は、光制御素子に関する。 The present invention relates to a light control element.
出力する光線の偏向角やビーム幅を制御するために、フェーズドアレイを用いることが可能である。
光線の偏向角やビーム幅を適切に制御することは、例えば、インテグラル方式により表示される立体画像の高品質化につながる。
A phased array can be used to control the deflection angle and beam width of the output light beam.
Appropriately controlling the deflection angle and beam width of the light beam leads to, for example, improving the quality of a stereoscopic image displayed by the integral method.
立体画像の表示に用いられるインテグラル方式は,1908年にLippmannが発表したインテグラルフォトグラフィ(IP,Integral Photography)と呼ばれる立体写真技術の原理に基づくものである。インテグラルフォトグラフィでは、撮影時には,多数の小さな要素レンズが2次元的に配列されたレンズアレイを通して被写体を撮影する。被写体から射出される各光線は、要素レンズを通して要素画像として、撮像素子における画素に取得される。また、表示時には、上記の各画素を、撮影に用いたレンズアレイに対する各撮像画素の位置関係と同じ場所に配置する。そして、表示素子の各画素から、撮影された画素値(輝度)に変調された光線が放射され、この光線が、レンズアレイを通過することで、撮影時に撮像素子に入射した光線と逆方向に進行する。そして、この光線が,被写体が存在した位置に被写体と等価な立体像を結ぶ。観察者は,この空間に結像した立体像を見るため、特別なメガネを必要とせず、普段ものを見るのと同じように立体像を見ることができる。 The integral method used for displaying stereoscopic images is based on the principle of stereoscopic photography technology called Integral Photography (IP) announced by Lippmann in 1908. In integral photography, a subject is photographed through a lens array in which many small element lenses are two-dimensionally arranged. Each light beam emitted from the subject is acquired by a pixel in the image sensor as an element image through an element lens. Further, at the time of display, each of the above pixels is arranged at the same position as the positional relationship of each imaging pixel with respect to the lens array used for photographing. Then, each pixel of the display element emits a light beam modulated to a captured pixel value (brightness), and this light beam passes through the lens array, so that the light beam is incident on the imaging element in the opposite direction at the time of photographing. proceed. The light beam forms a stereoscopic image equivalent to the subject at the position where the subject is present. Since the observer sees the stereoscopic image formed in this space, he does not need special glasses and can see the stereoscopic image in the same way as he normally sees.
インテグラル方式で再現される空間像の解像度限界はレンズアレイのレンズ数で決まる。一方、レンズアレイの手前や奥に再生される立体像の解像度は、要素レンズに対応する要素画像の画素数で決まる。そのため、高精細な立体像を奥行き方向の広い範囲で再生するためには、レンズアレイを構成する要素レンズの小口径化と、要素画像を表示するディスプレイの狭画素間隔化が必要となる。つまり、再生像を大きくするためには、レンズの口径と画素間隔はそのままで、レンズの個数および画素数を増やす必要があり、レンズアレイおよびディスプレイの大面積化が必要となる。 The resolution limit of the aerial image reproduced by the integral method is determined by the number of lenses in the lens array. On the other hand, the resolution of a stereoscopic image reproduced in front of or behind the lens array is determined by the number of pixels of the element image corresponding to the element lens. Therefore, in order to reproduce a high-definition stereoscopic image in a wide range in the depth direction, it is necessary to reduce the aperture of the element lens constituting the lens array and to narrow the pixel interval of the display that displays the element image. That is, in order to enlarge the reproduced image, it is necessary to increase the number of lenses and the number of pixels while keeping the aperture and pixel interval of the lens, and it is necessary to increase the area of the lens array and the display.
インテグラル方式において、要素レンズを通して要素画像を空間に出射する方法が、従来技術として存在する。
また、インテグラル方式において、例えば赤(R)と緑(G)と青(B)の3原色の光源それぞれにおいて、光偏向素子を用いて、出力する光ビームの方向を時分割に制御する方法が、従来技術として存在する。
また、非特許文献1(特に、Fig.1やFig.3等)には、回折格子を用いて多方向に光ビームを出力する、三次元表示用のバックライトが開示されている。
In the integral system, a method of emitting an element image to a space through an element lens exists as a conventional technique.
Further, in the integral method, for example, in each of the light sources of three primary colors of red (R), green (G), and blue (B), the direction of the light beam to be output is controlled in a time-sharing manner using an optical deflection element. However, it exists as a prior art.
Non-Patent Document 1 (particularly, Fig. 1 and Fig. 3) discloses a backlight for three-dimensional display that outputs light beams in multiple directions using a diffraction grating.
従来技術による、要素レンズを通して要素画像を空間に出射する方法では、視点位置によって、レンズアレイを通して見える画素が変化することによって色モアレが生じる。通常、液晶ディスプレイは、RGBをそれぞれ表示する3つのドットにより、1画素を表示する。したがって、視点位置によって、レンズを通して見える色がRかGかBかの画素で変化し、見えにくくなるという問題がある。 According to the conventional method of emitting an element image to a space through an element lens, a color moire is generated by changing a pixel seen through the lens array depending on a viewpoint position. Usually, the liquid crystal display displays one pixel by three dots that respectively display RGB. Therefore, there is a problem in that the color that can be seen through the lens changes depending on the viewpoint position in the R, G, or B pixels, making it difficult to see.
従来技術による、また、インテグラル方式において、例えば赤(R)と緑(G)と青(B)の3原色の光源それぞれにおいて、光偏向素子を用いて、出力する光ビームの方向を時分割に制御する方法では、高密度化が困難であるという問題がる。つまり、この技術では、高精細な立体像を再生するためには、要素画像を狭画素ピッチ化且つ超多画素化する必要が無くなり、また、要素画像とレンズが所望の位置からずれることによって生じる映像の劣化も無くすことができる。しかしながら、この技術を用いてカラー表示を行う場合には、1要素画像の中にR,G,Bの三つの光偏向デバイスが必要となり、また1つ要素画像の大きさも大きくなるため、高密度化が困難である。 In the integral method, for example, in each of the light sources of the three primary colors of red (R), green (G), and blue (B), the direction of the light beam to be output is time-division using a light deflecting element. However, there is a problem that it is difficult to increase the density. In other words, in this technique, in order to reproduce a high-definition stereoscopic image, it is not necessary to reduce the element image to a narrow pixel pitch and an extremely large number of pixels, and the element image and the lens are shifted from a desired position. Degradation of the image can be eliminated. However, when color display is performed using this technique, three light deflection devices of R, G, and B are required in one element image, and the size of one element image is also increased. Is difficult.
また、非特許文献1に記載の方法においても、ここでもR,G,Bのそれぞれの光の波長に応じて、サイズの異なる回折格子を製作する必要があり、立体像の高密度化が困難である。
Also in the method described in
本発明は、上記の課題認識に基づいて行なわれたものであり、複数の波長の光を扱いながら、素子のサイズを小さくして高密度化しながら、出力光の偏向角や幅を制御することのできる光制御素子を提供しようとするものである。 The present invention has been made based on the recognition of the above problems, and controls the deflection angle and width of output light while handling light of a plurality of wavelengths, reducing the size of the element and increasing the density. It is an object of the present invention to provide a light control element that can be used.
[1]上記の課題を解決するため、本発明の一態様による光制御素子は、アレイ状に並べて配置された複数の導波路と、複数の異なる波長の光を時分割で前記導波路に入力する光入力部と、前記導波路上の前記光の、位相および振幅の少なくともいずれかを変調する変調部と、を備える。 [1] In order to solve the above-described problem, a light control element according to an aspect of the present invention inputs a plurality of waveguides arranged in an array and a plurality of lights having different wavelengths to the waveguide in a time-sharing manner. And an optical input unit that modulates at least one of a phase and an amplitude of the light on the waveguide.
[2]また、本発明の一態様は、上記の光制御素子において、前記変調部は、前記導波路に入力される光の波長に応じて前記アレイ上で隣接する前記導波路間の位相差を異ならせる位相変調部、を備えるものである。 [2] Further, according to one aspect of the present invention, in the light control element described above, the modulation unit includes a phase difference between the adjacent waveguides on the array according to a wavelength of light input to the waveguide. And a phase modulation section that makes the difference.
[3]また、本発明の一態様は、上記の光制御素子において、前記位相変調部は、所定の偏向角を得るための前記導波路間の位相差が前記導波路に入力される光の波長に反比例するように前記光を位相変調するものである。 [3] Further, according to one aspect of the present invention, in the light control element described above, the phase modulation unit may cause a phase difference between the waveguides to obtain a predetermined deflection angle of light input to the waveguides. The light is phase-modulated so as to be inversely proportional to the wavelength.
[4]また、本発明の一態様は、上記の光制御素子において、前記変調部は、前記導波路に入力される光の波長に応じた個数の前記導波路からの前記光の出力強度が零になるように前記導波路における前記光の振幅を変調する振幅変調部、を備えるものである。 [4] Further, according to one aspect of the present invention, in the light control element, the modulation unit has an output intensity of the light from the number of the waveguides according to a wavelength of the light input to the waveguides. An amplitude modulation unit that modulates the amplitude of the light in the waveguide so as to be zero.
[5]また、本発明の一態様は、上記の光制御素子において、前記振幅変調部は、所定の出力光ビーム幅を得るために出力強度を非零とする前記導波路の個数が、基準となる光の波長である基準波長の場合の基準個数に、前記基準波長に対する前記導波路に入力される光の波長の比を乗じた値に基づくものになるように前記光を振幅制御する。 [5] Further, according to one aspect of the present invention, in the light control element described above, the amplitude modulation unit may be configured such that a number of the waveguides whose output intensity is non-zero to obtain a predetermined output light beam width is a reference value. The amplitude of the light is controlled so as to be based on a value obtained by multiplying the reference number in the case of the reference wavelength, which is the wavelength of the light to be obtained, by the ratio of the wavelength of the light input to the waveguide with respect to the reference wavelength.
[6]また、本発明の一態様は、上記の光制御素子において、前記複数の導波路は、光の出力端側から見た場合に、N行1列または1行N列(ただし、Nは2以上の整数)のアレイ状に並べて配置されているものである。 [6] Further, according to one aspect of the present invention, in the light control element, the plurality of waveguides may be N rows and 1 column or 1 row and N columns (provided that N Are arranged in an array of 2 or more integers).
[7]また、本発明の一態様は、上記の光制御素子において、前記複数の導波路は、光の出力端側から見た場合に、M行N列(ただし、MおよびNはそれぞれ2以上の整数)のアレイ状に並べて配置されているものである。 [7] Further, according to one embodiment of the present invention, in the light control element, the plurality of waveguides may have M rows and N columns (where M and N are each 2 when viewed from the light output end side). Are arranged in an array of the above integers).
[8]また、本発明の一態様は、上記の光制御素子において、前記複数の異なる波長は、赤色と緑色と青色とにそれぞれ対応する3種類の波長である、光制御素子である。 [8] One embodiment of the present invention is the light control element according to the above light control element, wherein the plurality of different wavelengths are three kinds of wavelengths respectively corresponding to red, green, and blue.
本発明によれば、光制御素子に入力される光の波長に依らず、出力される光の偏向角を一定にそろえたり、出力される光の広がりの幅を一定に揃えたりすることが可能となる。 According to the present invention, it is possible to make the deflection angle of the output light constant or to make the width of the spread of the output light constant regardless of the wavelength of the light input to the light control element. It becomes.
次に、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
[第1実施形態]
図1は、第1実施形態による光制御素子の機能構成を示す機能ブロック図である。図示するように、光制御素子10は、光入力部1と、複数の導波路2と、各導波路2における変調部3とを含んで構成される。
光入力部1は、導波路2に光を入力する。具体的には、光入力部1は、時分割で、複数の異なる波長の光を導波路2に入力する。光の波長は、例えば、赤色(R)、緑色(G)、青色(B)に対応する3種類である。ただし、光入力部1が他の波長の組による光を時分割で導波路2に入力するようにしても良い。
光入力部1は、例えば、時分割で異なる波長の光を発する時分割発光部と、時分割発光部から発する光を複数の導波路2に分岐する光ビームスプリッターとで構成される。時分割発光部および光ビームスプリッターについては、後でも詳細に説明する。
導波路2の各々は、光入力部1から入力された光を、入力端(同図における右側)から出力端(同図における左側)へ導く。その光は、導波路2の出力端から出力される。複数の導波路2は、出力端側から見て、アレイ状に並べて配置されている。ここで、アレイ状の配置とは、M行N列に並べられた配置である。ただし、ここでMおよびNは整数であり、MとNとの少なくともいずれかは2以上である。なお、各導波路2上に、変調部3が設けられている。
変調部3は、導波路2上において、光入力部1から入力された光の、位相および振幅の少なくともいずれかを変調する。本実施形態における変調部3は、具体的には、入力された光の、位相と振幅の両方を変調する。
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[First Embodiment]
FIG. 1 is a functional block diagram showing a functional configuration of the light control element according to the first embodiment. As shown in the figure, the
The
The
Each of the
The
導波路2の出力端(同図における左側)は、フェーズドアレイの光アンテナである。同図で配置されているフェーズドアレイを平面視すると、即ち、図1の左側から見ると、光アンテナは、N行1列のアレイ状に配置されている。
The output end (left side in the figure) of the
図2は、変調部3のさらに詳細な機能構成を示す機能ブロック図である。図示するように、変調部3は、位相変調部31と、振幅変調部32とを含んで構成される。
FIG. 2 is a functional block diagram showing a more detailed functional configuration of the
位相変調部31は、導波路2上の光の位相を変調する。位相変調部31は、導波路2における電気光学効果(EO効果)を持つ材料と、当該材料を挟む電極とを有する。この電極に所定の電圧を印加することにより、光の屈折率を変化させて位相を変調する。電気光学効果を持つ材料として、例えば、ニオブ酸リチウム(LiNbO3,Lithium Niobate,LN)や、タンタル酸ニオブ酸カリウム(KTa1−xNbxO3,KTN)や、EOポリマー等を用いることができる。例えば、EOポリマー光導波路を用いると、応答速度が速い(数十ギガヘルツ(GHz)ないしは、それ以上)素子を実現することができる。
位相変調部31は、導波路2に入力される光の波長に応じて、アレイ上で隣接する導波路間の位相差を異ならせるものである。
また、後述するように、位相変調部31は、所定の偏向角を得るため、導波路間の位相差が、導波路に入力される光の波長に反比例するように光を位相変調する。
The
The
As will be described later, in order to obtain a predetermined deflection angle, the
振幅変調部32は、導波路2上の光の振幅を変調する。振幅変調部32として、例えば、マッハ・ツェンダー変調器を用いることができる。マッハ・ツェンダー変調器は、1つの光源から分けた2つの光の間の位相差により振幅を変調するものである。マッハ・ツェンダー変調器における位相変調にも、上記のEOポリマー等の、電気光学効果を有する材料を用いることができる。
振幅変調部32は、導波路2に入力される光の波長に応じた個数の導波路2からの光の出力強度が零になるように、導波路2における光の振幅を変調する。
また、具体的には、後述するように、振幅変調部32は、所定の出力光ビーム幅を得るために出力強度を非零とする導波路2の個数が、基準となる光の波長である基準波長の場合の基準個数に、その基準波長に対する導波路に入力される光の波長の比を乗じた値に基づくものになるように光を振幅制御する。
The
The
Specifically, as will be described later, in the
図3は、光制御素子10の構成をさらに詳細に示す構成図である。
同図において、21は、光ビームスプリッターである。光ビームスプリッター21には、入力光導波路が設けられている。この入力光導波路を介して、異なる波長の光が時分割で光ビームスプリッター21に入力される。本例では、図示するように、λmax、λ、λminの3種類の波長の光が、時分割で、光ビームスプリッター21に入力される。これらの波長λmax、λ、λminは、例えば、それぞれ、赤、緑、青の各色に対応するものである。なお、1時点では、これら3種類の波長の内の1種類の波長の光が光ビームスプリッター21に入力される。光ビームスプリッター21には、複数の導波路2が接続されている。光ビームスプリッター21は、入力された光を、各導波路2に分配する。
FIG. 3 is a configuration diagram showing the configuration of the
In the figure, 21 is a light beam splitter. The
導波路2上には、上流側から順に、位相変調部31と、振幅変調部32とが設けられている。
位相変調部31自体は、従来の技術を用いて構成される。位相変調部31は、電気光学材料313と、その電気光学材料に電圧を印加するための電極311および312とを有する。電極の対の一方(電極311)には位相変調電圧33が接続され、その対の他方(電極312)はグランドに接続される。つまり、この電気光学材料313には、位相変調電圧33が印加される。位相変調電圧33の印加により、導波路2ごとに、光の位相が変調される。
また、振幅変調部32自体は、従来の技術を用いて構成される。振幅変調部32は、例えば、マッハ・ツェンダー変調器を用いて実現される。振幅変調部32は、電気光学材料303と、その電気光学材料に電圧を印加するための電極301および302とを有する。電極の対の一方(電極301)には振幅変調電圧34が接続され、その対の他方(電極302)はグランドに接続される。つまり、この電気光学材料303には、振幅変調電圧34が印加される。また、振幅変調部32は、偏光子300Aおよび300Bを有する。偏光子300Aの偏光面と偏光子300Bの偏光面とは交差する。偏光子300Aは電気光学材料303への入力側に設けられ、偏光子300Bは電気光学材料303からの出力側に設けられている。振幅変調電圧34の印加により、各導波路2ごとに、光の振幅が変調される。
On the
The
Further, the
図示するように、各導波路には、1,2,・・・,Nmaxという番号が付与されている。Nmax本の導波路2の出力端を平面視したとき、即ち、図3の左側から見たとき、これらの出力端は、ピッチpで縦に配置されている。
As shown in the figure,
図4は、振幅変調部32のより詳細な構成を示す斜視図である。図示するように、振幅変調部32は、内部に位相変調部31を含んで構成される。振幅変調部32への入力光は、分波器等によって分波され、2本の導波路に導かれる。これら2本のうちの一方の導波路にのみ、位相変調部31を設けることにより2本の導波路間で光の位相の差が生じる。これら2本の導波路を通った光は合波器等によって干渉合成される。2本の導波路を通った光の間で位相差が0のときに出力される光の振幅は最大値となる。また、2本の導波路を通った光の間で位相差がπ[rad.]のときに出力される光の振幅は最小値となる。つまり、振幅変調部32内の位相変調部31において印加電圧を変えて位相を制御することにより、振幅変調部32に入力された光は振幅変調され、出力される。
FIG. 4 is a perspective view showing a more detailed configuration of the
図5は、位相変調部31のより詳細な構成を示す斜視図である。図示するように、位相変調部31は、電極311および312と、光導波路コア(電気光学材料)316と、光導波路クラッド317とを有する。電極311および312については、図3を参照しながら説明した通りである。なお、電極311を上部電極と呼び、電極312を下部電極と呼んでもよい。光導波路コア316と光導波路317とは、互いに異なる屈折率を持つものであり、入力光は光導波路コア316内を進行する。そして、電極311と312との間に生じる電界により、光導波路コア316内を進行する光の位相変調が行われる。
FIG. 5 is a perspective view showing a more detailed configuration of the
図6は、導波路2の出力端の配置を示す概略図である。図示するように、Nmax本の出力端は、xyz空間におけるyz平面上(または、yz平面に平行な平面の上)に、Nmax行1列のアレイ状に配置されている。図3にも示した通り、導波路2の出力端は、ピッチpで配置されている。
FIG. 6 is a schematic diagram showing the arrangement of the output ends of the
図3に戻り、各導波路2における変調部3の作用により、これらの導波路2から出力される光は相互に干渉し、所定の偏向角(図6におけるz軸方向の偏向)で出力される。また、各導波路2における変調部3の作用により、これらの導波路2から出力される光は、所定のビーム幅で出力される。
Returning to FIG. 3, the light output from the
図7は、変調部3による作用を説明するための概略図である。図示するように、光制御素子10は、入力光導波路51と、電極信号線52と、位相変調部31と、振幅変調部32とを含む。
各々の導波路2上には、図5の位相変調部31と図4の振幅変調部32(2本の導波路に分波している)が設けられている。図7に示す素子における位相変調部31と振幅変調部32との詳細な構成は、次に説明する通りである。
電極信号線52は、図7に示す素子の表/裏のどちら側に設けてもよい。それぞれの場合における詳細な構成は、下記の通りである。
電極信号線52が基板側(図7における裏側,下側)に形成された場合には、電極信号線52は、位相変調部31の下部電極312と振幅変調部32の下部電極302との両方に接続されている。この場合、位相変調部31の上部電極311と振幅変調部32の上部電極301とは、それぞれ、位相変調部31の下部電極312と振幅変調部32の下部電極302に対向するように、素子の表面側に一様な電極膜として形成され、且つアースに接続される。
一方、各電極信号線52が素子表面側(図7における表側,上側)に形成された場合には、電極信号線52は、位相変調部31の上部電極311と振幅変調部32の上部電極301とに接続されている。この場合、位相変調部31の下部電極312と振幅変調部32の下部電極302とは、それぞれ、位相変調部31の上部電極311と振幅変調部32の上部電極301とに対向するように、基板上に一様な電極膜として形成され、且つアースに接続される。
図7においては、ここに説明した詳細な構成を省略して導波路2を図示している。
なお、先に説明した図3では、位相変調部31の上部電極311と振幅変調部32の上部電極301とが電極信号線に接続され、位相変調部31の下部電極312と振幅変調部32の下部電極302とがアースに接続される場合を示している。
FIG. 7 is a schematic diagram for explaining the operation of the
On each
The
When the
On the other hand, when each
In FIG. 7, the detailed configuration described here is omitted, and the
In FIG. 3 described above, the
入力光導波路51は、外部からの入力光を取り入れる。入力光の波長は、λi(ただし、i=1,2,3)であり、所定のタイミングにより波長は切り替えられる。
光ビームスプリッター21は、入力光導波路51から取得された光を、複数(N本)の導波路2に分岐する。
電極信号線52は、位相変調部31と振幅変調部32に電圧を印加するための電極に接続された信号線である。
位相変調部31は、印加される電圧(または電流)によって、各導波路2の光の位相をシフトさせる。各導波路2の位相を適切に制御することにより、導波路2の出力端から出力される光は相互に干渉して光ビームを形成する。例えば、隣接する導波路2間の位相差をΔφに固定する。このとき、位相差Δφと、出力される光の偏向角θ(図示する0度の方向からの変位)との関係は、下の式(1)で表される。
The input
The
The
The
式(1)において、λiは光の波長である。また、pは配置されている導波路2の出力端のピッチである。即ち、pは、フェーズドアレイの光アンテナの配置ピッチである。
In equation (1), λ i is the wavelength of light. Further, p is the pitch of the output end of the disposed
図8は、時分割発光部の構成例を示す概略図である。時分割発光部60は、複数の異なる波長の光を時分割で発する。時分割発光部60は、半導体レーザー61−1,61−2,61−3と、遮光スイッチ62−1,62−2,62−3と、ミラー63−1,63−2,63−3とを有する。
半導体レーザー61−1,61−2,61−3は、それぞれ、波長λ1,λ2,λ3の光を発光する。光源として、レーザーの代わりにLED(発光ダイオード)等を用いても良い。光源としては、コヒーレンスの高いものを使用することが望ましい。
遮光スイッチ62−1,62−2,62−3は、制御信号に基づき、それぞれ、半導体レーザー61−1,61−2,61−3からの光を透過させるか遮光するかを切り替える。制御信号により、一時点で、遮光スイッチ62−1,62−2,62−3のいずれか1つのみが光を透過させる。
ミラー63−1,63−2,63−3は、それぞれ、図の上方からの光を左方に反射するとともに、図の右方からの光を透過する。
以上の構成により、時分割発光部60は、時分割で、異なる波長の光を発する。時分割発光部60から発せられる光は、光ビームスプリッター21(図7等)に入力される。
なお、本例では、時分割発光部60が3種類の波長の光を発する構成としたが、波長の種類の数は、2種類あるいは4種類以上でもよい。
FIG. 8 is a schematic diagram illustrating a configuration example of the time-division light emitting unit. The time division
The semiconductor lasers 61-1, 61-2, and 61-3 emit light having wavelengths λ 1 , λ 2 , and λ 3 , respectively. As the light source, an LED (light emitting diode) or the like may be used instead of the laser. It is desirable to use a light source with high coherence.
The light shielding switches 62-1, 62-2, and 62-3 switch whether to transmit or block light from the semiconductor lasers 61-1, 61-2, and 61-3, respectively, based on the control signal. Only one of the light shielding switches 62-1, 62-2, and 62-3 transmits light at a temporary point by the control signal.
Each of the mirrors 63-1, 63-2, and 63-3 reflects light from above in the drawing to the left and transmits light from the right in the drawing.
With the above configuration, the time division
In this example, the time division
以上、図1から図8までを用いて説明したように、光制御素子10は、複数の異なった波長を持つ入力光ビーム(例えば、R,G,Bの3色)のそれぞれを、時分割により、所定の広がり(ビーム幅)と偏向角をもった出力光ビームとして出力する。光の波長や偏向角は、適宜所定期間ごとに切り替えることが可能である。即ち、このような光制御素子10を多数配置することにより、インテグラル方式によるカラー立体画像を表示することができる。
As described above with reference to FIGS. 1 to 8, the
ある入力波長λminに対し、ビーム幅Wbeamと最大偏向角±θmaxとが得られるフェーズドアレイの光アンテナのエレメント数をNminとし、(光)アンテナのピッチをPminとする。このフェーズドアレイに、上記の波長λminよりも長い入力波長λを持った光ビームを時分割で入力する。その入力波長λの最大値をλmaxとする。フェーズドアレイの光アンテナのピッチをPminのままに固定するとともに、光アンテナの最大エレメント数Nmaxを、下の式(2)または式(3)で表される値とする。ただし、NmaxとNminとの間で偶奇性が一致するように、式(2)または式(3)のいずれかを選択することによりNmaxを求める。 For a certain input wavelength λ min , the number of elements of the optical antenna of the phased array that can obtain the beam width W beam and the maximum deflection angle ± θ max is N min, and the pitch of the (light) antenna is P min . A light beam having an input wavelength λ longer than the wavelength λ min is input to the phased array in a time division manner. The maximum value of the input wavelength λ is λ max . The pitch of the optical antenna of the phased array is fixed at P min and the maximum number of elements N max of the optical antenna is set to a value represented by the following expression (2) or expression (3). However, as even-odd properties between the N max and N min are identical, determine the N max by selecting any of the formulas (2) or formula (3).
ただし、式(2)および式(3)において、round()は、小数点以下を四捨五入して整数化する関数である。
上記の式(2)あるいは式(3)で算出されるNmaxは、最大波長がλmaxであることを前提として、所望のビーム幅を得るために必要とされる光アンテナのエレメント数の最大値である。つまり、光制御素子10が、このNmax個の導波路2を持つように構成すればよい。
However, in Expression (2) and Expression (3), round () is a function that rounds off the decimal part to make an integer.
N max calculated by the above formula (2) or formula (3) is the maximum number of elements of the optical antenna required to obtain a desired beam width on the assumption that the maximum wavelength is λ max. Value. In other words, the
このフェーズドアレイにおいて、時分割で、波長λの光ビームが入力された場合、下の式(4)または式(5)により、Nの値を求める。ただし、NとNminとの間で偶奇性が一致するように、式(4)または式(5)のいずれかを選択することによりNを求める。 In this phased array, when a light beam having a wavelength λ is input in a time division manner, the value of N is obtained by the following equation (4) or equation (5). However, N is obtained by selecting either equation (4) or equation (5) so that the even-oddity matches between N and N min .
上の式(2),式(3),式(4),式(5)で求まるNmaxおよびNに基づき、次のように変調部3による変調を調整する。即ち、最大エレメント数であるNmax本の光アンテナが1列に配置されているところ、その両端からそれぞれ((Nmax−N)/2)本の光アンテナの出力が0になるように強度変調する。
つまり、振幅変調部32は、所定の出力光ビーム幅を得るために出力強度を非零とする導波路2の個数が、基準となる光の波長である基準波長の場合の基準個数に、その基準波長に対する導波路に入力される光の波長の比(λ/λmin)を乗じた値に基づくものになるように光を振幅制御する。
Based on N max and N obtained by the above equations (2), (3), (4), and (5), the modulation by the
In other words, the
また、出力光ビームの所望の偏向角が得られるように変調する。また、隣接する光アンテナ間の位相差が下の式(6)で表す値になるように、位相変調する。 Further, modulation is performed so that a desired deflection angle of the output light beam is obtained. Further, phase modulation is performed so that the phase difference between adjacent optical antennas becomes a value represented by the following expression (6).
つまり、位相変調部31は、所定の偏向角を得るため、導波路間の位相差が、導波路に入力される光の波長に反比例するように光を位相変調する。
これにより、入力光の波長λの値に関わらず、出力光ビームの幅および最大偏向角を、それぞれ、前記のWbeamおよび±θmaxと同じ値にすることができる。
That is, in order to obtain a predetermined deflection angle, the
Thereby, irrespective of the value of the wavelength λ of the input light, the width and the maximum deflection angle of the output light beam can be set to the same values as the W beam and ± θ max , respectively.
次に、本実施形態による光制御素子を特定の用途に使用する場合の、より具体的な構成例について説明する。例として、光制御素子を、インテグラル方式の立体表示装置に使用する場合を説明する。 Next, a more specific configuration example when the light control element according to the present embodiment is used for a specific application will be described. As an example, a case where the light control element is used in an integral type stereoscopic display device will be described.
光入力部1は、RGBの各色の光を時分割で導波路2に入力する。そのため、光源として、R,G,Bそれぞれの色用に、波長640nm、520nm、460nmの半導体レーザー光を用いる。
インテグラル方式の立体表示装置に使用する素子として、視域が約30度以上あることが望ましい。また、空間内の1点を通る光線が2本以上同時に立体映像の観察者の瞳に入射すれば、その眼は当該点に対して焦点を合わせることができるため、より自然な立体表示ができる。このことは、参考文献[Y. Takaki:“Density Directional Display for Generating Natural Three-Dimensional Images” ,Proc. IEEE,Vol.94,pp.654-663(2006)]に報告されている。例えば、約1〜2メートルの観察距離(視域約30度)でこれを実現しようとすると、光線の角度ピッチを約0.5度以下とすることが必要である。よって、例えば、最大偏向角30度(つまり、中央から±15度)、偏向角ビーム幅(電力半値幅)を0.5度とする。
The
As an element used for the integral type stereoscopic display device, it is desirable that the viewing zone is about 30 degrees or more. In addition, if two or more light beams passing through one point in the space are simultaneously incident on the observer's pupil of the stereoscopic image, the eyes can be focused on the point, and thus a more natural stereoscopic display can be achieved. . This is reported in the reference [Y. Takaki: “Density Directional Display for Generating Natural Three-Dimensional Images”, Proc. IEEE, Vol. 94, pp. 654-663 (2006)]. For example, to achieve this at an observation distance of about 1 to 2 meters (viewing range of about 30 degrees), it is necessary to set the angular pitch of the light beam to about 0.5 degrees or less. Therefore, for example, the maximum deflection angle is 30 degrees (that is, ± 15 degrees from the center), and the deflection angle beam width (half-power width) is 0.5 degrees.
図9は、最短波長である波長460nm(λmin)の光が入力される場合の光の強度を示すグラフである。同図のグラフにおいて、横軸は偏向角に対応し、縦軸は光の相対強度に対応する。図示するように、最短波長460nmに対して、ビーム幅Wbeam=0.5度、最大偏向角θmax=15度が得られるフェーズドアレイの光アンテナのエレメント数は、Nmin=58である。また、アレイ状に配置される光アンテナのピッチは、Pmin=460nm×1.8=828nmである。隣接する導波路2間での光の位相差がπ[rad,ラジアン]以上になると、図示するように、メインローブとグレーティングローブが同時に視域角度に入ってしまう。
FIG. 9 is a graph showing light intensity when light having a wavelength of 460 nm (λ min ), which is the shortest wavelength, is input. In the graph of the figure, the horizontal axis corresponds to the deflection angle, and the vertical axis corresponds to the relative intensity of light. As shown in the figure, the number of elements of the optical antenna of the phased array that can obtain the beam width W beam = 0.5 degrees and the maximum deflection angle θ max = 15 degrees with respect to the shortest wavelength of 460 nm is N min = 58. The pitch of the optical antennas arranged in an array is P min = 460 nm × 1.8 = 828 nm. When the phase difference of light between
また、最長波長である波長640nm(λmax)の光が入力される場合、光アンテナのピッチをPmin=460nm×1.8=828nmに維持すると、光アンテナのエレメント数Nmaxは、前述の式(2)または式(3)による。つまり、エレメント数Nmaxの偶奇性をNminに合わせると、式(3)を用いて、Nmax=82である。つまり、光制御素子10における導波路2の数を82本とする。
In addition, when light having a wavelength of 640 nm (λ max ), which is the longest wavelength, is input, if the pitch of the optical antenna is maintained at P min = 460 nm × 1.8 = 828 nm, the number of optical antenna elements N max is as described above. According to formula (2) or formula (3). That is, when the even / oddity of the number of elements N max is adjusted to N min , N max = 82 using the equation (3). That is, the number of
また、波長λ=520nmの光が入力される場合、光アンテナのピッチをPmin=460nm×1.8=828nmに維持すると、使用される光アンテナのエレメント数Nは、前述の式(4)または式(5)による。つまり、エレメント数Nmaxの偶奇性をNminに合わせると、式(4)を用いて、N=66である。 In addition, when light having a wavelength λ = 520 nm is input, if the pitch of the optical antenna is maintained at P min = 460 nm × 1.8 = 828 nm, the number N of elements of the optical antenna to be used can be calculated by the above formula (4). Or according to equation (5). That is, when the even / oddity of the number of elements N max is matched with N min , N = 66 using equation (4).
入力される波長に依らず、光ビームの偏向角とビーム幅とが一致するようにするためには、変調部3が、下記(図10および図11で説明)のような変調を行うように制御すればよい。
In order to make the deflection angle and the beam width of the light beam coincide with each other regardless of the input wavelength, the
図10は、入力光の波長ごとの、隣接導波路間の位相差と最大偏向角との関係を示すグラフである。同図(A)は、隣接導波路間の位相差について、光の波長に応じた調整を行わない場合のグラフである。同図(B)は、隣接導波路間の位相差について、光の波長に応じた調整を行う場合のグラフである。これらのグラフにおいて、横軸は、隣接する導波路間の位相差である。また、縦軸は、最大偏向角である。これらのグラフの前提として、導波路の本数はNmax=82であり、配置のピッチはPmin=460nm×1.8=828nmである。 FIG. 10 is a graph showing the relationship between the phase difference between adjacent waveguides and the maximum deflection angle for each wavelength of input light. FIG. 4A is a graph when the phase difference between adjacent waveguides is not adjusted according to the wavelength of light. FIG. 4B is a graph in the case of adjusting the phase difference between adjacent waveguides according to the wavelength of light. In these graphs, the horizontal axis represents the phase difference between adjacent waveguides. The vertical axis is the maximum deflection angle. As a premise of these graphs, the number of waveguides is N max = 82, and the arrangement pitch is P min = 460 nm × 1.8 = 828 nm.
図10(A)に示す通り、R(λ=λmax=640nm)の光と、G(λ=520nm)の光と、B(λ=λmin=460nm)の光とがそのまま導波路2を通る場合には、
即ち隣接導波路間の位相差がΔφλminの場合には、最大偏向角はずれる。
図10(B)に示す通り、隣接導波路間の位相差を入力光の波長λに応じて変える場合、即ち、隣接導波路間の位相差を(Δφλmin×(λmin/λ))とする場合、各波長の光の最大偏向角は一致する。
図10(B)のように、最大偏向角が一致する結果を得るためには、時分割で入力される光の波長に応じて、位相変調部31が、隣接導波路間の位相差を調節するようにする。
As shown in FIG. 10A, R (λ = λ max = 640 nm) light, G (λ = 520 nm) light, and B (λ = λ min = 460 nm) light pass through the
That is, when the phase difference between adjacent waveguides is Δφ λmin , the maximum deflection angle deviates.
As shown in FIG. 10B, when the phase difference between the adjacent waveguides is changed according to the wavelength λ of the input light, that is, the phase difference between the adjacent waveguides is (Δφ λmin × (λ min / λ)). In this case, the maximum deflection angles of the light of each wavelength are the same.
As shown in FIG. 10B, in order to obtain a result in which the maximum deflection angles coincide with each other, the
図11は、入力光の波長ごとの、光ビームの広がり(幅)を示すグラフである。同図(A)は、導波路数Nについて、光の波長に応じた調整を行わない場合のグラフである。同図(B)は、導波路数Nについて、光の波長に応じた調整を行う場合のグラフである。これらのグラフにおいて、横軸は、光ビームの中心からの変位角(正負の両方向)である。また、縦軸は、光の相対強度である。これらのグラフの前提として、導波路の最大本数はNmax=82であり、配置のピッチはPmin=460nm×1.8=828nmである。 FIG. 11 is a graph showing the spread (width) of a light beam for each wavelength of input light. FIG. 4A is a graph when the number of waveguides N is not adjusted according to the wavelength of light. FIG. 5B is a graph when the number of waveguides N is adjusted according to the wavelength of light. In these graphs, the horizontal axis represents the displacement angle (both positive and negative directions) from the center of the light beam. The vertical axis represents the relative intensity of light. As a premise of these graphs, the maximum number of waveguides is N max = 82, and the arrangement pitch is P min = 460 nm × 1.8 = 828 nm.
図11(A)に示す場合には、導波路数N(光アンテナのエレメント数)を、最小の58本としている。このとき、入力される光の波長に応じて、ビームの広がり方が異なる。つまり、R(λ=λmax=640nm)の光が入力される場合にビームの広がり(幅)が最も大きく、B(λ=λmin=460nm)の光が入力される場合にビームの広がり(幅)が最も小さい。G(λ=520nm)の光が入力される場合には、ビームの広がり(幅)は、それら2つの中間領域に属する。つまり、図11(A)の場合には、異なる波長の光で、ビームの幅は揃わない。
図11(B)に示す場合には、導波路数Nを、入力される光の波長に応じて変えるようにする。即ち、式(4)または式(5)を用いて、導波路数Nを変えるようにする。ここで、λmin=460nmであり、Nmin=58である。この場合、入力される光の波長に依らず、出力される光ビームの幅を揃えることができる。
図11(B)のように、ビームの広がりを一致させる(0.5度とする)ためには、時分割で入力される光の波長に応じて、振幅変調部32が、隣接導波路における光の振幅を調節する。つまり、振幅変調部32は、光アンテナの最大エレメント数である82本(Nmax)のエレメントのうち、それらの両端からそれぞれ((Nmax−N)/2)本の光アンテナの出力強度が0になるよう、振幅変調する。ただし、ここでNは、入力される光の波長に応じて上述の通り算出される整数である。なお、NmaxとNの偶奇性が一致するようにしているため、((Nmax−N)/2)は整数値である。
In the case shown in FIG. 11A, the minimum number of waveguides N (the number of elements of the optical antenna) is 58. At this time, the way the beam spreads differs depending on the wavelength of the input light. In other words, the beam spread (width) is the largest when light of R (λ = λ max = 640 nm) is input, and the beam spread (light) when light of B (λ = λ min = 460 nm) is input. (Width) is the smallest. When light of G (λ = 520 nm) is input, the beam spread (width) belongs to these two intermediate regions. In other words, in the case of FIG. 11A, the beam widths are not uniform with light of different wavelengths.
In the case shown in FIG. 11B, the number of waveguides N is changed in accordance with the wavelength of input light. That is, the number N of waveguides is changed using the formula (4) or the formula (5). Here, λ min = 460 nm and N min = 58. In this case, the width of the output light beam can be made uniform regardless of the wavelength of the input light.
As shown in FIG. 11B, in order to make the beam divergence equal (0.5 degrees), the
なお、図10および図11の説明において、光の波長や、光アンテナのピッチや、ビーム幅や、偏向角として用いた値は一例であるが、これらに異なる値を用いる場合にも、同様に計算が成り立つ。 In the description of FIGS. 10 and 11, the values used as the wavelength of light, the pitch of the optical antenna, the beam width, and the deflection angle are examples, but the same applies when different values are used for these. Calculation is valid.
光制御素子10は、光入力部1と変調部3とを制御する制御部(不図示)を有する。制御部は、光入力部1が導波路2に入力する光の波長を所定期間ごとに切り替える制御を行う。また、制御部は、位相変調部31による位相変調のしかたと、振幅変調部32による振幅変調のしかたを制御する。具体的には、各導波路における変調部3における位相変調部31および振幅変調部32のそれぞれに印加する電圧を制御する。
The
上記の制御部は、期間ごとに、所定の波長の光のみを光入力部1が導波路2に供給するよう制御する。
また、制御部は、光アンテナアレイ8から出力される光ビームの偏向角が所望の角度となるよう、各導波路における位相を制御する。制御部は、図10(B)に示したように、導波路2に入力される光の波長に応じて導波路間の位相差を調整することにより、光の波長に依らず出力光の偏向角が所望の角度になるよう制御する。具体的には、入力される光の波長がλであるとき、制御部は、隣接導波路間の位相差が前記の式(6)を満たすように、位相変調部31を制御する。
また、制御部が、上記の出力光の偏向角を順次変更していくようにしてもよい。
また、制御部は、光アンテナアレイ8から出力される光ビームの広がりが所望の幅となるよう、各導波路における光の振幅を制御する。制御部は、図11(B)に示したように、導波路2に入力される光の波長に応じて導波路上の光の振幅を調整することにより、光の波長に依らず出力光の広がりが所望の幅になるよう制御する。具体的には、入力される光の波長がλであるとき、制御部は、前述の式(4)や式(5)に基づいてNの値を求める。そして、求められたNの値の本数の光アンテナエレメント以外から出力される光の強度が0(あるいは、ほぼ0)になるよう、振幅変調部32を制御する。
The control unit controls the
The control unit controls the phase in each waveguide so that the deflection angle of the light beam output from the
The control unit may sequentially change the deflection angle of the output light.
Further, the control unit controls the amplitude of light in each waveguide so that the spread of the light beam output from the
本実施形態の光制御素子によれば、入力される光の波長が異なっても、偏向角と広がりを一致させた光ビームを出力することが可能となる。一例として、赤(R)、緑(G)、青(B)の3色の光を時分割で入力したとき、色(つまり、波長)に依らず、偏向角と広がりを一致させた(あるいは、ほぼ一致させた)光ビームを出力することが可能となる。例えば、この光制御素子を用いてインテグラル方式の立体表示装置を構成する場合、映像の高精細化を実現することができるとともに、色モアレの問題を解決できる。 According to the light control element of the present embodiment, it is possible to output a light beam having the same deflection angle and spread even when the wavelength of input light is different. As an example, when light of three colors of red (R), green (G), and blue (B) is input in a time division manner, the deflection angle and the spread are made to coincide with each other regardless of the color (that is, the wavelength) (or Can be outputted. For example, in the case where an integral type stereoscopic display device is configured using this light control element, it is possible to achieve high-definition video and to solve the problem of color moire.
[第2実施形態]
次に、本発明の第2実施形態について説明する。なお、前実施形態において既に説明した事項については以下において説明を省略する場合がある。ここでは、本実施形態に特有の事項を中心に説明する。
本実施形態における特徴は、変調部の構成である。つまり、第1実施形態においては、変調部3が位相変調部31と振幅変調部32とを有していた(図2を参照)。これに対して、本実施形態における変調部の構成は異なる。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described. In addition, about the matter already demonstrated in previous embodiment, description may be abbreviate | omitted below. Here, the description will focus on matters specific to the present embodiment.
The feature in this embodiment is the structure of a modulation part. That is, in the first embodiment, the
図12は、本実施形態における変調部の構成を示すブロック図である。図示するように、本実施形態において、変調部4は、位相変調部31を備える。また、変調部4は、振幅変調部を持たない。つまり、本実施形態における光制御素子は、導波路における位相変調を行って出力する光ビームの偏向角を制御するため、入力される光の波長に依らず、所望の方向に偏向角を揃えることができる。ただし、本実施形態における光制御素子では、入力される光の波長に応じて出力する光ビームの幅が異なる。
FIG. 12 is a block diagram showing the configuration of the modulation unit in this embodiment. As illustrated, in the present embodiment, the modulation unit 4 includes a
[第3実施形態]
次に、本発明の第3実施形態について説明する。なお、前実施形態までにおいて既に説明した事項については以下において説明を省略する場合がある。ここでは、本実施形態に特有の事項を中心に説明する。
本実施形態における特徴は、変調部の構成である。つまり、第1実施形態においては、変調部3が位相変調部31と振幅変調部32とを有していた(図2を参照)。これに対して、本実施形態における変調部の構成は異なる。
[Third Embodiment]
Next, a third embodiment of the present invention will be described. Note that description of matters already described up to the previous embodiment may be omitted below. Here, the description will focus on matters specific to the present embodiment.
The feature in this embodiment is the structure of a modulation part. That is, in the first embodiment, the
図13は、本実施形態における変調部の構成を示すブロック図である。図示するように、本実施形態において、変調部5は、振幅変調部32を備える。また、変調部5は、位相変調部を持たない。つまり、本実施形態における光制御素子は、導波路における波長変調を行って出力する光ビームの幅を制御する。これにより、光制御素子は、入力される光の波長に依らず、出力する光ビームの広がりを所望の幅に揃えることができる。ただし、本実施形態における光制御素子では、入力される光の波長に応じて出力する光ビームの偏向角が異なる。
FIG. 13 is a block diagram showing a configuration of the modulation unit in the present embodiment. As illustrated, in the present embodiment, the
[第4実施形態]
次に、本発明の第4実施形態について説明する。なお、前実施形態までにおいて既に説明した事項については以下において説明を省略する場合がある。ここでは、本実施形態に特有の事項を中心に説明する。
第1実施形態から第3実施形態までにおいては、図6に示したように、光アンテナ(導波路2の出力端)は1次元のアレイ(1列)として配置されていた。本実施形態では、光アンテナは、2次元のアレイとして配置される。
[Fourth Embodiment]
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. Note that description of matters already described up to the previous embodiment may be omitted below. Here, the description will focus on matters specific to the present embodiment.
In the first to third embodiments, as shown in FIG. 6, the optical antenna (the output end of the waveguide 2) is arranged as a one-dimensional array (one row). In the present embodiment, the optical antenna is arranged as a two-dimensional array.
図14は、本実施形態による光アンテナの配列を示す概略図である。同図に示す光アンテナの各々は、図1に示した導波路2と同様の、変調部を備えた導波路の出力端側である。図14は、光の出力端側から見た配列である。図示する例では、xyz空間内のyz平面上に(あるいは、yz平面と平行な平面上に)、4行4列の、計16個の光アンテナが配置されている。なお、配置の行数および列数は、4行4列以外でもよい。また、行数と列数が同一でなくてもよい。また、配置されている光アンテナの、y軸方向のピッチはpyであり、z軸方向のピッチはpzである。なお、py=pzであってもよく、py≠pzであってもよい。
FIG. 14 is a schematic view showing the arrangement of the optical antennas according to the present embodiment. Each of the optical antennas shown in the figure is the output end side of a waveguide having a modulation section, similar to the
本実施形態において、導波路2に設けられる変調部は、第1実施形態における変調部3と同様のものであってもよく、第2実施形態における変調部4と同様のものであってもよく、第3実施形態における変調部5と同様のものであってもよい。
本実施形態において、変調部が位相変調部31を備える場合、制御部(不図示)は、出力光ビームの偏向角を制御する。この場合、制御部は、y軸方向およびz軸方向の偏向角をそれぞれ制御する。また、制御部は、第1実施形態において説明したように、導波路2に入力される光の波長に応じて、所望の偏向角が得られるように、y軸方向およびz軸方向のそれぞれの、隣接導波路間の位相差を制御する。
本実施形態において、変調部が振幅変調部32を備える場合、制御部は、出力光ビームの広がりを制御する。この場合、制御部は、y軸方向およびz軸方向の広がり(幅)をそれぞれ制御する。また、制御部は、第1実施形態において説明したように、導波路2に入力される光の波長に応じて、所望のビーム幅が得られるように、y軸方向およびz軸方向のそれぞれについて、各導波路の光の振幅を制御する。
なお、制御部は、y軸方向およびz軸方向それぞれについて、偏向角の制御やビーム幅の制御を行う。本実施形態においては、光アンテナは2次元状に配置されているため、各軸方向の制御を重畳した作用が結果として得られる。
In the present embodiment, the modulation unit provided in the
In the present embodiment, when the modulation unit includes the
In the present embodiment, when the modulation unit includes the
The control unit controls the deflection angle and the beam width for each of the y-axis direction and the z-axis direction. In the present embodiment, since the optical antennas are two-dimensionally arranged, an effect of superimposing the control in each axial direction is obtained as a result.
以上説明したように、少なくとも1つの実施形態によれば、出力する光ビームの偏向角や幅が、光の波長に依らず一定になるようにすることができる。
導波路のアレイが、N行1列または1行N列に配置される場合(ただし、Nは2以上の整数)、言い換えれば1次元のアレイの場合、光制御素子は、その方向に、出力光の偏向角を持たせたり、出力光の幅を制御したりすることができる。
導波路のアレイが、M行N列(ただし、MおよびNはそれぞれ2以上の整数)に配置される場合、言い換えれば2次元のアレイの場合、光制御素子は、行方向および列方向のそれぞれの方向に、出力光の偏向角を持たせたり、出力光の幅を制御したりすることができる。
As described above, according to at least one embodiment, the deflection angle and width of the output light beam can be made constant regardless of the wavelength of light.
When the array of waveguides is arranged in N rows and 1 column or 1 row and N columns (where N is an integer of 2 or more), in other words, in the case of a one-dimensional array, the light control element outputs in that direction. It is possible to provide a light deflection angle and control the width of output light.
When the array of waveguides is arranged in M rows and N columns (where M and N are each an integer of 2 or more), in other words, in the case of a two-dimensional array, the light control elements are respectively in the row direction and the column direction. In this direction, the deflection angle of the output light can be given, or the width of the output light can be controlled.
なお、上述した各実施形態における制御部の機能をコンピューターで実現するようにしても良い。その場合、この機能を実現するためのプログラムをコンピューター読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピューターシステムに読み込ませ、実行することによって実現しても良い。なお、ここでいう「コンピューターシステム」とは、OSや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピューター読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ROM、CD−ROM、DVD−ROM、USBメモリー等の可搬媒体、コンピューターシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピューター読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、一時的に、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバーやクライアントとなるコンピューターシステム内部の揮発性メモリーのように、一定時間プログラムを保持しているものも含んでも良い。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良く、さらに前述した機能をコンピューターシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであっても良い。 The function of the control unit in each embodiment described above may be realized by a computer. In that case, a program for realizing this function may be recorded on a computer-readable recording medium, and the program recorded on this recording medium may be read into a computer system and executed. Here, the “computer system” includes an OS and hardware such as peripheral devices. The “computer-readable recording medium” is a portable medium such as a flexible disk, a magneto-optical disk, a ROM, a CD-ROM, a DVD-ROM, a USB memory, or a storage device such as a hard disk built in a computer system. That means. “Computer-readable recording medium” means a program that temporarily and dynamically holds a program, such as a communication line when transmitting a program via a network such as the Internet or a communication line such as a telephone line. In this case, a volatile memory inside the computer system serving as a server or a client may be included, and a program that holds a program for a certain period of time may be included. The program may be a program for realizing a part of the above-described functions, or may be a program that can realize the above-described functions in combination with a program already recorded in a computer system.
以上、複数の実施形態を説明したが、本発明はさらに次のような変形例でも実施することが可能である。
変形例の一例として網膜に映像を投影できる超小型プロジェクタ用の光制御素子への適用が挙げられる。レーザー網膜走査の超小型プロジェクタは、網膜に直接映像を投影することにより、装着者の視力やピントの位置の影響を受けにくいことを特長としているが、MEMSを使っているため応答速度や消費電力に課題がある。本発明による光制御素子を超小型プロジェクタに適用した場合には、応答速度が速く省電力化が可能であり、しかも網膜に対して1つの光制御素子で複数色(RGB等)のカラー走査を実現できる。
Although a plurality of embodiments have been described above, the present invention can also be implemented in the following modifications.
An example of a modification is application to a light control element for a micro projector capable of projecting an image on a retina. Laser retinal scanning ultra-compact projectors are characterized by being less susceptible to wearer's visual acuity and focus position by projecting images directly onto the retina, but because of the use of MEMS, response speed and power consumption There is a problem. When the light control element according to the present invention is applied to an ultra-compact projector, the response speed is high and power can be saved, and color scanning of a plurality of colors (RGB, etc.) is performed on the retina with one light control element. realizable.
以上、この発明の実施形態について詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。 The embodiment of the present invention has been described in detail above, but the specific configuration is not limited to this embodiment, and includes a design and the like within a range not departing from the gist of the present invention.
本発明は、複数の波長の光ビームの偏向角やビーム幅を制御するための装置等に利用することができる。一例として、本発明を、インテグラル方式の立体表示装置に利用することができる。但し、本発明の利用範囲はここに例示したものには限られない。 The present invention can be used for an apparatus for controlling the deflection angles and beam widths of light beams having a plurality of wavelengths. As an example, the present invention can be used for an integral stereoscopic display device. However, the scope of use of the present invention is not limited to those exemplified here.
1 光入力部
2 導波路
3,4,5 変調部
8 光アンテナアレイ
10 光制御素子
21 光ビームスプリッター
31 位相変調部
32 振幅変調部
33 位相変調電圧
34 振幅変調電圧
51 入力光導波路
52 電極信号線
60 時分割発光部
61−1,61−2,61−3 半導体レーザー
62−1,62−2,62−3 遮光スイッチ
63−1,63−2,63−3 ミラー
300A,300B 偏光子
301,302 電極
303 電気光学材料
311,312 電極
313 電気光学材料
316 光導波路コア(電気光学材料)
317 光導波路クラッド
DESCRIPTION OF
317 Optical waveguide cladding
Claims (8)
複数の異なる波長の光を時分割で前記導波路に入力する光入力部と、
前記導波路上の前記光の、位相および振幅の少なくともいずれかを変調する変調部と、
を備える光制御素子。 A plurality of waveguides arranged in an array; and
A light input section for inputting light of a plurality of different wavelengths to the waveguide in a time-sharing manner;
A modulator that modulates at least one of a phase and an amplitude of the light on the waveguide;
A light control element comprising:
前記導波路に入力される光の波長に応じて前記アレイ上で隣接する前記導波路間の位相差を異ならせる位相変調部、
を備える請求項1に記載の光制御素子。 The modulator is
A phase modulation unit that varies a phase difference between the waveguides adjacent on the array according to a wavelength of light input to the waveguide;
The light control element according to claim 1.
請求項2に記載の光制御素子。 The phase modulation unit phase-modulates the light so that a phase difference between the waveguides for obtaining a predetermined deflection angle is inversely proportional to a wavelength of light input to the waveguides;
The light control element according to claim 2.
前記導波路に入力される光の波長に応じた個数の前記導波路からの前記光の出力強度が零になるように前記導波路における前記光の振幅を変調する振幅変調部、
を備える請求項1から3までのいずれか一項に記載の光制御素子。 The modulator is
An amplitude modulation unit that modulates the amplitude of the light in the waveguide so that the output intensity of the light from the number of the waveguides corresponding to the wavelength of the light input to the waveguide becomes zero;
The light control element according to any one of claims 1 to 3.
請求項4に記載の光制御素子。 The amplitude modulation unit is configured to set the reference wavelength to a reference number when the number of the waveguides whose output intensity is non-zero to obtain a predetermined output light beam width is a reference wavelength that is a wavelength of reference light. The amplitude of the light is controlled to be based on a value obtained by multiplying the ratio of the wavelength of light input to the waveguide with respect to
The light control element according to claim 4.
請求項1から5までのいずれか一項に記載の光制御素子。 The plurality of waveguides are arranged in an array of N rows and 1 column or 1 row and N columns (where N is an integer of 2 or more) when viewed from the light output end side.
The light control element according to any one of claims 1 to 5.
請求項1から5までのいずれか一項に記載の光制御素子。 The plurality of waveguides are arranged in an array of M rows and N columns (where M and N are each an integer of 2 or more) when viewed from the light output end side.
The light control element according to any one of claims 1 to 5.
請求項1から7までのいずれか一項に記載の光制御素子。 The plurality of different wavelengths are three types of wavelengths corresponding to red, green, and blue, respectively.
The light control element according to any one of claims 1 to 7.
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