JPH06250204A

JPH06250204A - 空間光変調素子

Info

Publication number: JPH06250204A
Application number: JP6352793A
Authority: JP
Inventors: Masanobu Shigeta; 正信茂田
Original assignee: Victor Company of Japan Ltd
Current assignee: Victor Company of Japan Ltd
Priority date: 1993-02-26
Filing date: 1993-02-26
Publication date: 1994-09-09

Abstract

(57)【要約】【目的】ビデオプロジェクタ等の強い読出し光が必要
な装置をコンパクト且つ安価に実現するのに好適な空間
光変調素子を提供する。【構成】ガラス基板８と、このガラス基板８上に順次
積層して設けた読出し側透明電極７と、光変調層６と、
誘電体ミラー５と、光導電体層３と、書込み側透明電極
３とから少なくとも構成された空間光変調素子におい
て、ガラス基板８の読出し光入射面に赤外線反射ミラー
を形成した空間光変調素子。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、空間光変調素子に係
り、特にビデオプロジェクタなどに使用されて、非常に
強い読出し光によって情報が読み出されるタイプの空間
光変調素子に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】空間光変調素子は、インコヒーレント・
コヒーレント光変換またはその逆の変換が可能で、デー
タの並列処理や画像の直接演算処理などに対する応用が
考えられている。また、光の強度増幅を行うようにすれ
ば、ビデオプロジェクタなどの表示システムにも応用す
ることができる。このような空間光変調素子としては、
例えばＳＩＤ８６ＤＩＧＥＳＴｐ３７９〜ｐ３８２
（１９８６）に開示されたものがあり、図４に示すよう
な構成となっている。同図において、変調材料として液
晶が用いられた光変調層６の書き込み光入射側には、誘
電体ミラー５、不導体の遮光膜４が各々順に積層して形
成されている。そして、この遮光膜４の更に書き込み光
側には、光導電体層３が積層されており、更にその外側
には、透明電極２、ガラス基板１が各々積層されてい
る。他方、光変調層６の読み出し光入射側には、透明電
極７、ガラス基板８が各々積層されている。そして、透
明電極２、７間には、適宜の駆動用電源９が接続されて
いる。

【０００３】以上のような空間光変調素子の概略の作用
を説明すると、所望される情報を含んだ書き込み光は、
矢印Ｆ１で示すように素子の光導電体層３に入射する。
光導電体層３では、書き込み光の強度に応じてその導電
性が変化し、書き込み光の強度分布に対応した導電性分
布となる。このため、駆動用電源９の電圧がその導電性
分布、すなわち書き込み光の強度分布に対応して光変調
層６に印加されるようになる。他方、光変調層６には、
矢印Ｆ２で示すように読み出し光が入射する。ところ
が、この光変調層６には、書き込み光の強度分布に対応
した電界が影響しており、この電界分布に対応して読み
出し光の光変調が行われることとなる。変調を受けた読
み出し光は、誘電体ミラー５によって反射され矢印Ｆ３
で示すように出力される。なお、遮光膜４は、誘電体ミ
ラー５を突き抜けた読み出し光が光導電体層３に達して
電荷像を乱し、読み出し画像のコントラストの低下が起
こらないようにするためのもので、必要に応じて設けら
れるものであり、図３（Ａ），（Ｂ）は、誘電体ミラー
５自体に遮光機能を付与することにより遮光膜を省略し
た構成の空間光変調素子を示すものである。

【０００４】以上のように、反射型の空間光変調素子で
は、読出し光の反射手段が不可欠である。また、かかる
反射手段として、金属膜などの導電性材料が原理上使え
ないため、誘電体ミラー５が使用されている。この誘電
体ミラー５は、一般に低屈折率膜と高屈折率膜とを、読
出し光の波長λに対してλ／４の光学厚みで交互に積層
した構造となっている。一般に、このような誘電体ミラ
ー５では、各膜の積層数が増すほど読出し光の反射率が
向上する。別言すれば、読出し光の透過率が下がる。し
かし、その分光特性上の設定波長λをはずれると、反射
率が下がり透過率は上がるようになる。このため、読出
し光が単色光でない場合は、弱い光であっても遮光膜４
が必要になる。なお、積層数を大幅に増加すれば読出し
光の反射率を上げることも可能だが、生産性は非常に悪
くなり、厚みも数μｍ以上となる。特に、ビデオプロジ
ェクタなどのように非常に強い読出し光を使う場合には
１〜１０μｍもの厚い遮光膜が不可欠となる。

【０００５】以下、従来例に係る空間光変調素子のう
ち、誘電体ミラー自体に遮光機能を付与することにより
遮光膜を省略した構成の空間光変調素子（従来例１）
と、遮光膜を用いた構成の空間光変調素子（従来例２）
の詳細な構成及び概略の製造方法について順に説明す
る。尚、図３（Ａ）は従来例１に係る空間光変調素子の
全体構成を示す斜視図であり、同図（Ｂ）は、その拡大
部分断面図である。また、図４（Ａ）は従来例２に係る
空間光変調素子の全体構成を示す斜視図であり、同図
（Ｂ）は、その拡大部分断面図である。

【０００６】（従来例１）図３に示す従来例１にあって
は、まず、ＩＴＯ膜が透明電極２として形成されたガラ
ス基板１上にＣＶＤ法により、ａ−Ｓｉ：Ｈ光導電膜３
を２０μｍ成膜する。この上に光学膜厚λ／４（膜厚ｄ
＝λ／ｎｎ：膜の屈折率）のＳｉＯ₂ 膜５ａとＳｉ膜
５ｂを交互に８層づつ積層し、更に光学膜厚λ／４のＳ
ｉＯ₂ 膜５ａとＴｉＯ₂ 膜５ｃを交互に２層づつ積層
し、最後に光学膜厚λ／２のＳｉＯ₂膜５ｄを１層加
え、遮光膜を兼ねた誘電体ミラー５を作製する。尚、こ
こでＳｉＯ₂ 膜およびＴｉＯ₂ 膜の成膜は酸素イオンビ
ームアシスト蒸着法によって行われ、Ｓｉ膜の成膜は真
空蒸着法によって行われる。また、ここではλ＝５４０
ｎｍとした。こうして得られた透明電極２、光導電膜
３、誘電体ミラー５が順次形成されたガラス基板１と、
もう一つの透明電極（ＩＴＯ膜）７が形成されたガラス
基板８とに垂直配向処理を施して、図示しないスペーサ
を介して張り合わせ、ネマチック液晶（チッソ社製Ｅ
Ｎ−３８）を注入して、図３（Ａ）の空間光変調素子を
作製する。

【０００７】（従来例２）図４に示す従来例２にあって
は、まず、ＩＴＯ膜が透明電極２として形成されたガラ
ス基板１上にＣＶＤ法により、ａ−Ｓｉ：Ｈ光導電膜３
を２０μｍ成膜する。この上にＣｄＴｅの遮光膜４をス
パッタ法により１．５μｍ形成する。更にその上に光学
膜厚λ／４（λ＝５４０ｎｍ）のＳｉＯ₂ 膜５ａとＴｉ
Ｏ₂ 膜５ｅを交互に６層づつ積層し、最後に光学膜厚λ
／２のＳｉＯ₂ 膜５ｄを１層加え誘電体ミラー５を作製
する。尚、ＳｉＯ₂ 膜およびＴｉＯ₂ 膜の成膜は酸素イ
オンビームアシスト蒸着法によって行われる点について
は従来例１と同様である。こうして得られた透明電極
２、光導電膜３、遮光膜４、誘電体ミラー５が順次形成
されたガラス基板１と、もう一つの透明電極（ＩＴＯ
膜）７が形成されたガラス基板８とに垂直配向処理を施
して、図示しないスペーサを介して張り合わせ、ネマチ
ック液晶（チッソ社製ＥＮ−３８）を注入して、図４
（Ａ）の空間光変調素子を作製する。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述したよう
な従来の空間光変調素子では、必ずしも充分な性能が得
られない場合がある。特に、ビデオプロジェクタ等で
は、明るい投影画像を得るために非常に強い白色光光源
をダイクロイックミラー等で３原色に分離した光が読出
し光として用いられるが、このようにして分離された光
には色再現の為には必ずしも必要がなく、むしろ空間光
変調素子にとって有害な波長域成分が含まれている。特
に赤外域の光は、光導電体層に水素化アモルファスシリ
コン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）膜等の近赤外に高い感度を持つ材
料を使用する場合には有害となる。即ち、この赤外光が
誘電体ミラーを透過して光導電体層に至るのを防止する
ために遮光膜や誘電体ミラーの厚みを非常に厚くする
と、光導電体層３導電性変化に基づいて光変調層６に印
加される電圧の損失が大きくなる。従って、電源９の駆
動電圧は増大し、また、読出し画像のコントラストが低
下することになる。更に、光導電体層３における電界の
横方向の広がりが大きくなり、読出し画像の解像度が低
下するという不都合も生ずるばかりか、このような遮光
層や誘電体ミラーは光を吸収して遮光作用をなすもので
あるため、熱線である赤外光が吸収されることにより空
間光変調素子内で発熱し空間光変調素子の温度が上昇し
てしまうという問題がある。

【０００９】この温度上昇の問題を解決する方法として
は、特開昭６４−２８６７８号公報に示されているよう
な、読出し光の光源と空間光変調素子との間に不要光を
カットするフィルタを設ける方法や強制冷却する方法等
が考えられるが、いずれも装置のローコスト化や小型化
の上で障害となるという問題がある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本願発明は、上記問題点
に鑑みなされたものであり請求項１に係る発明は、「読
出し側透明基板と、該透明基板上に順次積層して設けら
れた読出し側透明電極と、光変調層と、読出し光反射層
と、光導電体層と、書込み側透明電極とから少なくとも
構成された空間光変調素子において、該透明基板の読出
し光入射面に読出し光として不要な波長域の光を反射す
る波長選択性ミラーを形成したことを特徴とする空間光
変調素子。」を提供するものであり、

【００１１】請求項２に係る発明は、「該光導電体層を
水素化アモルファスシリコンで形成するとともに該波長
選択性ミラーを赤外線反射ミラーとしたことを特徴とす
る請求項１記載の空間光変調素子。」を提供するもので
ある。

【００１２】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例につい
て説明する。図１は、本発明の実施例である空間光変調
素子の構成を示す斜視図である。本実施例の空間光変調
素子の構成は、読出し側の透明基板８の表面に赤外域の
光を反射する赤外線反射ミラー１０が形成されている点
を除いては、図３で示した従来例１に係る空間光変調素
子と同様の構成になっている。そして、この赤外線反射
ミラー１０は次のようにして作製される。まず、透明基
板８上に光学膜厚約λ／１２のＳｉＯ₂ 膜を成膜し、つ
づいて光学膜厚約６λ／１９のＴｉＯ₂ 膜を成膜する。
この上に光学膜厚λ／４のＳｉＯ₂ 膜と光学膜厚λ／４
のＴｉＯ₂ 膜を交互に１０層づつ積層する。更に光学膜
厚約２λ／７のＳｉＯ₂ 膜と光学膜厚約３λ／１３のＴ
ｉＯ₂ 膜を積層し、最後に光学膜厚約３λ／２０のＳｉ
Ｏ₂ 膜を成膜する。

【００１３】図２に、このようにして作製した赤外線反
射ミラー１０の分光反射率特性を示す。５４０ｎｍ付近
では反射率は１％以下で、反射防止膜を付与したのと同
様の効果を示すと同時に、近赤外光に対しては、ほぼ１
００％の反射率を有していることがわかる。

【００１４】次に、このようにして得られた本発明の実
施例の空間光変調素子と従来例の空間光変調素子とを図
５に示す評価系で評価した結果を表１に示す。尚、図５
の評価系は、書込み光源としてのＬＥＤアレイ２０（波
長６８０ｎｍ）、書込みレンズ２１、評価対象である空
間光変調素子２２、偏光ビームスプリッタ２３、投影レ
ンズ２４、および読出し光源である１５０Ｗのキセノン
ランプ２５、赤外カットフィルタ２６、グリーン用ダイ
クロイックミラー２７により大略構成されている。

【表１】表１より明らかなように、従来例１では、解像度は良い
ものの、読出し光の一部（近赤外光）が誘電体ミラー５
を透過して光導電体層３を感光させるためコントラスト
比が大幅に下がっていることがわかる。一方、従来例２
では、遮光膜４の効果により読出し光の光導電体層３へ
の漏れはなくなりコントラストは良好だが膜厚が厚くな
った影響で解像度が悪化している。これらに対し、本発
明の実施例の空間光変調素子では、コントラスト比、解
像度とも良好で、高解像度プロジェクタ等に好適である
ことがわかる。

【００１５】また、表２に、本発明の実施例の空間光変
調素子と従来例２の空間光変調素子について、図５の評
価系において動作中の素子の表面温度を測定した例を示
す。但し、ここでの測定値は、２５０Ｗのキセノンラン
プ２５を用いると共に、キセノンランプ２５の付近を強
制空冷した条件下でのものである。

【表２】表２から明らかなように、本発明の実施例の空間光変調
素子では、赤外線反射ミラー１０を付与したことにより
空間光変調素子内部での赤外線の吸収が減少し、従来例
２の空間光変調素子に比べ素子の温度上昇が抑えられて
いることがわかる。

【００１６】

【発明の効果】以上述べたように本発明の空間光変調素
子によれば、波長選択性ミラーが、不要な光を素子の表
面で反射するため、この光を遮光するために遮光膜や厚
い誘電体ミラーを必ずしも設ける必要がなく、高解像
度、高コントラスト比の明るいプロジェクタ等をコンパ
クト且つ安価に製造することができるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の空間光変調素子の実施例の構成を示す
斜視図である。

【図２】本発明の空間光変調素子の波長選択性ミラーの
分光反射率特性を示す図である。

【図３】従来の空間光変調素子の構成を示す図である。

【図４】従来の空間光変調素子の構成を示す図である。

【図５】空間光変調素子の評価系の概略構成図である。

【符号の説明】

１ガラス基板２透明電極３光導電体層４遮光層５誘電体ミラー６光変調層７透明電極８ガラス基板９駆動用電源１０赤外線反射ミラー２０ＬＥＤアレイ２１書込みレンズ２２空間光変調素子２３偏光ビームスプリッタ２４投影レンズ２５キセノンランプ２６赤外線カットフィルタ２７ダイクロイックミラー

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】読出し側透明基板と、該透明基板上に順次
積層して設けられた読出し側透明電極と、光変調層と、
読出し光反射層と、光導電体層と、書込み側透明電極と
から少なくとも構成された空間光変調素子において、該透明基板の読出し光入射面に読出し光として不要な波
長域の光を反射する波長選択性ミラーを形成したことを
特徴とする空間光変調素子。
【請求項２】該光導電体層を水素化アモルファスシリコ
ンで形成するとともに該波長選択性ミラーを赤外線反射
ミラーとしたことを特徴とする請求項１記載の空間光変
調素子。