JPH04161925A - 空間光変調素子及びその表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、光情報処理技術にかかり、特に動・静止画像
の並列処理や表示・記憶に好適な空間光変調素子及びそ
の表示装置に関するものである。

［従来の技術］ 従来の空間光変調素子としては、例えば、１９８９年、
秋、応用物理学会講演会予稿集、　２８ｐ−ＺＤ−５に
開示されたものがある。第７図（Ａ）には、かかる従来
技術が示されている。同図において、透過型の空間光変
調器１００は、ＢＳＯ結晶による光導電体層１０２と、
ポリマ及びネマチック液晶からなる液晶複合体による光
変調体層１０４とが積層された構造となっている。そし
て、これらは、ＩＴＯによる透明電極１０６，１０８に
挟まれており、両透明電極間には、駆動用の電源１１０
が接続されている。

このような空間光変調器１００には、矢印ＦＡの方向か
ら書込み光の入射が行なわれる。情報の書込みが行なわ
れる光導電体層１０２を構成するＢＳＯ結晶は、青色光
のみに感度を有する。このため、情報書込みには、Ａｒ
レーザ（λ＝４８８ｎｍ）が用いられ、これがダイクロ
インクミラー１１２を介して光導電体層１０２に所望の
画像パターンで照射される。これによって、レーザ光に
含まれている画像情報が電荷像として蓄積される。

なお、この情報書込みのレーザ光は、空間光変調器１０
０を透過するがフィルタ１１４でカットされてスクリー
ン側には出力されない（同図点線参照）。

次に、書き込まれた情報の読出しは、矢印ＦＢの方向か
ら入射する読出し光によって行なわれる。

この読出し光としては、光導電体層１０２のＢＳＯ結晶
において感度のないＨｅ　−Ｎ　ｅレーザ光（λ＝６３
３ｎｒｒ＋）が用いられ、ダイクロイックミラー１１２
で反射されて空間光変調器１００に入射する。ところで
、上述した情報の書込みによって光導電体層１０２に形
成された電荷像に応じた電界は、光変調体層１０４に作
用する。このため、読出し光は光変調体層１０４によっ
て電荷像に相当する変調を受けることとなる。

変調を受けた読出し光は、フィルタ１１４を透過してレ
ンズ１１６で一度集光され、更に絞り１１８を透過して
スクリーン１２０に達し、読出し画像の投写が行なわれ
ることとなる（同図−点鎖線参照）。

他の従来例としては、同図（Ｂ）に示すように、１９９
０年５ｏｃｉｅｔｙ　ｆｏｒ　ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ
　Ｄｉｓｐｌａｙ（ＳＩＤ９０）、Ｄｉｇｅｓｔ　Ｐ２
２７〜Ｐ２３０に開示されたものがある。

同図において、光源１２２から出力された光のうち、Ｒ
（赤）の光は、ダイクロインクミラー１２４．１２６を
各々透過してＲのライトバルブ１２８に入射する。また
、Ｇ　（緑）の光は、ダイクロイックミラー１２４を透
過するとともに、ダイクロイックミラー１２６で反射さ
れてＧのライトバルブ１３０に入射する。更に、Ｂ（青
）の光は２ダイクロインクミラー１２４．ミラー１３２
で各々反射されてＢのライトバルブ１３４に入射する。

ライトバルブ１２８，１３０，１３４は、ｄ腰トランジ
スタ（ＴＰＴ）アクティブマトリクスと高分子液晶複合
体とによって構成されており、ＴＰＴアクティブマトリ
クスによって高分子液晶複合体が駆動され、これによっ
て入射光の変調が行われる。

変調後の光は、ミラー１３６．ダイクロインクミラー１
３８，１４０によって合成され１合成後の光が投射レン
ズユニット１４２によってスクリーン１４４に投射され
るようになる。これによって、スクリーン１４４上には
、ライトバルブ１２８．１３０，１３４に各々供給され
た画像信号に対応する画像が表示されることとなる。

［発明が解決しようとする課０１ しかしながら、以上のような従来例では、次のような不
都合がある。まず、第７図（Ａ）の従来、技術では、光
導電手段としてＢＳＯ結晶が用いられている。このため
情報の書込み光、ｍ出し光の波長が制限されてしまい読
出し画像の十分な明るさが得られない。また、空間光変
調素子の製造工程においてはＢＳＯ結晶の高精度な研磨
を必要とし、大面積化も困難で製造コストも高い。

次に、同図（Ｂ）の従来例では、ＴＰＴによるアクティ
ブマトリクスを用いるため、構成が複雑で製造コストも
高い。また、所望の解像度を得るために画素を小さくす
ればするほど、画像の明るさが低下するといった不都合
もある。具体的には、２４０Ｘ３６０画素でパネルの光
透過率が４５％程度となっている。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたもので、十分な明
るさの高解像度の画像を簡便な構成で得ることができる
空間光変調素子及びその表示装置を提供することを、そ
の目的とするものである。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、書込み光によって光導電体に情報を書き込む
情報書込み部と、読出し光によって光変調体から情報を
読み出す情報読出し部とを有する空間光変調素子におい
て、前記情報書込み部を前記情報読出し部における読出
し光の光路外に設けるとともに、情報書込み部に書き込
まれた情報に対応する電界の光変調体に対する印加部位
を指示するためのアドレス手段を備えたことを特徴とす
るものである。

他の発明によれば、前記空間光変調素子に書き込まれた
情報を読み出して表示する表示装置において、前記情報
書込み部における情ｉ書込みを行うための書込み光照射
手段と、前記アドレス手段におけるアドレッシングを行
うためのアドレス指示手段と、前記光変調体に印加され
る電界を得るための電源手段とを含むことを特徴とする
ものである。

［作用コ 本発明によれば、情報書込み部は、情報読出し部におけ
る読出し光の光路外に配置される。このため、読出し光
が情報書込み部を透過することなく情報の読出しが行わ
れるので、明るい画像が得られるようになる。

また、アドレス手段による光変調体に対するアドレスピ
ッチを細かくすることで、画像の解像度が向上する。

［実施例コ 以下、本発明にかかる空間光変調素子及びその表示装置
の実施例について、添付図面を参照しながら説明する。

〈第１実施例〉 最初に、第１図乃至第４図を参照しながら、本発明の第
１実施例について説明する。第１図には第１実施例にお
ける空間光変調素子が示されており、同図の＃２−＃２
線に沿った矢視断面が第２図に示されている。また、第
３図には前記空間光変調素子を分解した状態が示されて
おり、第４図には表示装置の構成が示されている。

これらの図において、空間光変調素子１０は、電極基板
１２．１４の間に光変調体１６が挟まれた構造となって
いる。これらのうち、電極基板１２の光変調体１６との
対面側には、第３図に示すように、多数の直線状透明電
極１８が適宜の間隔で縞状に平行に形成されている。そ
して、これらの透明電極１８の一方の端部には、光導電
体２０を介して共通電極２２が形成されており、全体と
して櫛状に電極が形成された構成となっている。

他方、電極基板１４の光変調体１６との対面側には、多
数の直線状透明電極２４が適宜の間隔で縞状に平行に形
成されている。そして、これらの透明電極２４の一方の
端部には、光導電体２６を介して共通電極２８が形成さ
れており、全体として櫛状に電極が形成された構成とな
っている。なお、透明電極１８．２４は、同一方向に延
設されておらず、対向したときにクロスする方向となっ
ている。図示の例では、両者は直行するようになってい
る。

次に、共通電極２２．２８間には、適宜の駆動電源３ｏ
が接続されており、これによる駆動電圧は、共通電極２
２，２８及び光導電体２０．２６を各々介して各透明電
極１８．２４に各々印加されるようになっている。すな
わち、光導電体１８゜２４に光が入射すると、その部位
が導通状態となって対応する透明電極１８．２４のいず
れかと共通電極２２．２８とが接続されるようになり、
これによって駆動電圧が印加されるようになっている。

以上の各部のうち、光変調体１６としては、印加電圧に
よって光透過率が変化する高分子・液晶複合膜２強誘電
性液晶、　Ｓ　ＴＮ　（Ｓｕｐｅｒ　ＴｗｉｓｔｅｄＮ
ｅｍａｔｉｃ）液晶、　ＴＮ　（Ｔｗｉｓｔｅｄ　Ｎｅ
ｍａｔｉｃ）液晶などが用いられる。また、平行に多数
形成された透明電極１８．２４としては、例えば、ＩＴ
○（Ｉｎｄｉｕｍ　Ｔｉｎ　０ｘｉｄｅ）　、　Ｓ　ｎ
０２などが用いられる。

更に、光導電体２０．２６としては、水素化アモルファ
スシリコン（ａ−８ｉ：Ｈ）、水素化アモルファスシリ
コンカーバイド（ａ−８ｉＣ：Ｈ）。

水素化アモルファスシリコンゲルマニウム（ａ−８ｉＧ
ｅ　：Ｈ）、ＣｄＳ、Ｂｉ１２Ｓｉ○２Ｄ結晶材などが
用いられる。

以上のように構成された空間光変調素子１０による表示
装置は、例えば第４図に示すように構成されている。同
図において、適宜の光源３２の読出し光呂力側には、コ
ンデンサレンズ３４が設けられており、このコンデンサ
レンズ３４を透過した読出し光が空間光変調素子１ｏに
入射するようになっている。また、この空間光変調素子
１ｏの読出し光出力側には、投射レンズ３６が設けられ
ており、この投射レンズ３６の読出し光出力側にスクリ
ーン３８が配置されている。

更に、電極基板１２．１４の光導電体２０，２６に対向
して、ＬＥＤアレイなどの一次元の発光素子アレイ４０
，４２が各々配置されており、これらによって情報の書
込み光、あるいは走査光が光導電体２０．２６に照射さ
れるようになっている。

次に、以上のように構成された実施例の作用について説
明する。まず、空間光変調素子１０の基本的な動作につ
いて説明する。画像情報は、発光素子アレイ４０，４２
によって、第１図に矢印Ｆ１０、Ｆ１２で示すように、
光導電体２０，２６に各々入射する。このため、光導電
体２０．２６は、−次元の画像情報に対応してその導通
状態が変化するようになる。例えば、光導電体２６に着
目すると、強い光が入射した部分ではそのインピーダン
スは入射光量に応じて低くなり、光が入射しない部分で
はインピーダンスは高い状態のままである。すなわち、
光導電体２６のインピーダンス分布は、入射光の光量分
布、すなわち画像情報に対応して変化するようになる。

このため、強い光が入射した部分では低いインピーダン
スで直線状透明電極２４と共通電極２８とが導通状態と
なり、光が入射しない部分では透明電極２４と共通電極
２８とが高いインピーダンスの状態のままである。他方
、共通電極２８には、駆動型Ｂ３０が接続されており、
これによって所定の電位となっている。従って、多数の
透明電極２４は、光導電体２６における入射光量分布、
すなわち入射画像情報に対応する電位分布となる。

ここで、他方の光導電体２０に対して、透明電極１８の
いずれかと共通電極２２とが導通するように、スポット
状の強い光を照射したとする。すると、その該当する透
明電極１８の電位のみが共通電極２２の電位となる。他
方、上述したように、多数の透明電極１８．２４は、ク
ロスするように形成されている。このため、入射画像に
対応する電位分布となった透明電極２４と、いずれかの
透明電極１８との交点においてのみ、光変調体１６に駆
動電源３０の電圧が印加されるようになる。

この様子は、プリンタにおける印字ヘッドの走査や例え
ばテレビジョン画面における電子ビームの走査と類似し
ている。例えば、光導電体２０に対して、透明電極１８
の図の上側のものから順に下側のもの（あるいはその逆
）となるように、発光素子アレイ４０でスポット光を照
射するようにすれば、光変調体１６に対する垂直方向の
走査が行われることになる。他方、光導電体２６に対し
て、透明電極２４の一方から他方の側へ順に発光素子ア
レイ４２で画像情報の光を照射するようにすれば、光変
調体１６に対する水平方向の走査が行われることになる
。

なお、逆に、光導電体２ｏに画像情報の光を照射し、光
導電体２６に走査光を照射するようにしてもよい。

このようにして、光変調体１６には、順に画像情報に対
応する電界が印加される。すると、光変調体１６では、
各部位における印加電界に応じた光変調状態２例えば液
晶分子の配列変化による入射光の偏光状態が生ずる。こ
れによって、発光素子アレイ４０又は４２に入力された
一次元の画像情報が二次元の画像情報に変換されるとと
もに、その画像情報に対応する光変調が行わわるように
なる。

この状態で、第４図に示すように、光源３２から矢印Ｆ
１４のように出力された読出し光を、コンデンサレンズ
３４で集光して矢印Ｆ１６のように空間光変調素子１０
に照射すると、入射光は電極基板１２を透過して光変調
体１６に入射し、ここで書込み画像に対応する変調を受
けるようになる。変調後の読出し光は、更に電極基板１
４を透過し、矢印Ｆ１８，２０のように投射レンズ３６
を経てスクリーン３８に投影される。これによって、発
光素子アレイ４０又は４２に入力された一次元の画像情
報が、スクリーン３８上に二次元の画像として表示され
ることになる。

例えば、一般的なビデオレート、すなわち再生の１フレ
ーム当り１７３０秒で画像情報を表示する場合について
具体的に説明する。この場合の発光素子アレイ４０によ
る光導電体２０に対する光照射は、透明電極１８の図の
上側のものから下側のものに順に１／（３０ＸＭ）秒毎
に行われる。

なお、Ｍは、透明電極１８の本数である。

そして、これと同期して、発光素子アレイ４２による光
導電体２６に対する必要な画像情報光の照射が行われる
。この際、光変調体１６として、変調状態の立ち下がり
速度が１／３０秒程度のもの、別言すれば１フレ一ム分
の情報記録が終了するまで変調状態が維持されるものを
用いることが望ましい。

以上のように、本実施例によれば、 （１）読出し光通過部分には光導電体が存在しないため
、白色光による情報の読出しが可能であり、また、きわ
めて明るい表示画像が得られる。

（２）光変調体を選択することにより、アナログ、ディ
ジタル両方式の画像情報を扱うことが可能である。また
、光変調材として強誘電性液晶を用いれば書き込まれた
情報が保存されるので、１フレ一ム分の画像情報の記憶
、その表示などメモリ機能を備えることも可能である。

（３）複雑なマトリクス構造を必要としなため、製造方
法も簡単で工程が簡略化でき、コスト面でも有利である
。

（４）画素の大きさは、透明電極のピッチのみで決定さ
れるので、高解像度の画像表示や記憶が可能である。

（５）従来のアクティブマトリクスや単純マトリクス型
の表示装置と異なり、光学信号でアドレッシングを行う
ことが可能となる。

〈第２実施例〉 次に、第５図を参照しながら、本発明の第２実施例につ
いて説明する。なお、上述した実施例と同様又は相当す
る構成部分には、同一の符号を用いることとする（以下
の実施例においても同様）。

この実施例では、同図に示すように、透明電極１８．２
４が電極基板５０，５２の側面５０Ａ。

５２Ａまで延設されている。そして、この側面５０Ａ、
５２Ａに、光導電体２０，２６．　共通を極２２．２８
が各々形成されている。

この実施例によれば、読出し光の入出力方向は矢印Ｆ１
６．Ｆ１８であって前記実施例と同様であるが、情報の
書込み光や走査光の入射方向は矢印Ｆ２２．Ｆ２４であ
って前記実施例と直交する方向となる。なお、その他の
点は、上述した実施例と同様である。

く第３実施例〉 次に、第６図を参照しながら、本発明の第３実施例につ
いて説明する。この実施例では、同図に示すように、光
導電体２０，２６に対する書込み光照射を、書き込み光
出力用の点光源６０．６２と、ポリゴンミラー６４．６
６との組み合わせによって行うようにしたものである。

点光源６０゜６２から出力された書込み光は、回転する
ポリゴンミラー６４．６６によって各々反射され、矢印
Ｆ２６．Ｆ２８で各々示すように、光導電体２０゜２６
上を透明電極１８．２４の配列方向に向かって走査する
ようになる。その他の部分は、上述した第１実施例と同
様である。

なお、本発明は、何ら上記実施例に限定されるものでは
なく、例えば、各部の形状９寸法など必要に応じて適宜
変更してよい。例えば、前記実施例では、透明電極１８
．２４を直交するように配列したが、クロスするように
配列すれば直交させなくてもよい。また、空間光変調素
子を透過型のものとして構成したが、電極基板の一方に
ミラー手段を設けるようにして反射型に構成しても同様
の効果を得ることができる。

また、上記実施例では、透明電極１８．２４の両方を光
導電体を介して駆動するようにしたが、画像情報の書込
みを行う方は光導電体による駆動とし、他方の走査駆動
をトランジスタなどを利用して回路的に行うようにして
もよい。

その他、光導電体を、各透明電極毎に分離して形成する
ようにしてもよい。特に、画像の解像度を上げるために
透明電極の本数を増大させると、光導電体においてクロ
ストークが生ずるようになる可能性がある。このような
場合には、各透明電極毎に分離して光導電体を形成する
ようにする。

更に、空間光変調素子の読出し光照射部分にカラーフィ
ルタを用いることによってカラー画像表示も可能となり
、これらのものも本発明に含まれる。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明にかかる空間光変調素子及
びその表示装置によれば、光導電体を中心とする情報書
込み部を光変調体を中心とする情報読出し部における読
出し光の光路外に設けることとしたので、読出し光が光
導電体を通過することなく情報読出しに寄与する。従っ
て、極めて明るい画像を得ることができる。また、画像
の解像度は、アドレス手段におけるアドレスピッチを細
かくすることによって簡便にその向上を図ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にかかる空間光変調素子の第１実施例を
示す構成図、第２図は第１図の素子の＃２−＃２線に沿
った矢視断面図、第３図は前記空間光変調素子を分解し
て示す説明図、第４図は表示装置の第１実施例を示す説
明図、第５図は本発明の第２実施例を示す一部破断した
構成図、第６図は本発明の第３実施例を示す構成図、第
７図は従来技術を示す説明図である。 １０−・・空間光変調素子、１２，１４，５０．５２・
・・電極基板、１６・・・光変調体、１８．２４・・・
透明電極（アドレス手段）、２０．２６・・・光導電体
、２２．２８・・・共通電極、３ｏ・・・駆動電源（電
源手段）、３２・・・読出し用電源、４０・・・発光素
子アレイ（アドレス指示手段）、４２・・・発光素子ア
レイ（書込み光照射手段）、５０Ａ、５２Ａ・・・基板
側面、６０，６２・・・点光源、６４．６６・・・ポリ
ゴンミラー。 特許出願人　　日本ビクター株式会社

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）書込み光によつて光導電体に情報を書き込む情報
   書込み部と、読出し光によつて光変調体から情報を読み
   出す情報読出し部とを有する空間光変調素子において、 前記情報書込み部を前記情報読出し部における読出し光
   の光路外に設けるとともに、情報書込み部に書き込まれ
   た情報に対応する電界の光変調体に対する印加部位を指
   示するためのアドレス手段を備えたことを特徴とする空
   間光変調素子。
2. （２）請求項１記載の空間光変調素子に書き込まれた情
   報を読み出して表示する表示装置において、前記情報書
   込み部における情報書込みを行うための書込み光照射手
   段と、前記アドレス手段におけるアドレッシングを行う
   ためのアドレス指示手段と、前記光変調体に印加される
   電界を得るための電源手段とを含むことを特徴とする表
   示装置。