JPH08114813A

JPH08114813A - 空間光変調素子の光書き込み方法と空間光変調素子の駆動方法

Info

Publication number: JPH08114813A
Application number: JP6249664A
Authority: JP
Inventors: Akifumi Ogiwara; 昭文荻原; Koji Akiyama; 浩二秋山; Akio Takimoto; 昭雄滝本; Hiroshi Tsutsui; 博司筒井; Yasunori Kuratomi; 靖規藏富
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1994-10-14
Filing date: 1994-10-14
Publication date: 1996-05-07

Abstract

(57)【要約】【目的】空間光変調素子を用いた投写型ディスプレイ
において、光書き込み方法及び駆動方法を最適化し、よ
り高輝度で高解像度な投写画像を実現する。【構成】発光強度プロファイル及び発光輝度が最適化
されたＣＲＴ１０１による画像を結像レンズ１０２を通
して空間光変調素子１０３に結像し、空間光変調素子に
常に高精細な画像を書き込む。一方、空間光変調素子１
０３には三角波形状からなる駆動パルスを印加して、空
間光変調素子の入出力曲線を自由に制御できるようにす
る。これを高輝度の光源１０４と投写レンズ１０６によ
ってスクリーン１０７上に大画面の画像として投写を行
う。このように光書き込み方法と空間光変調素子の駆動
方法を最適化して投写型ディスプレイを構成すること
で、高輝度と高解像度が両立された高品質の画像を得
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光演算装置、投写型デ
ィスプレイ等に用いられる空間光変調素子の光書き込み
方法および駆動方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶層を用いた光アドレス型の空間光変
調素子（以下、空間光変調素子といえば、特に断らない
限りこの光アドレス型のものをさす）の基本的な構造
は、光導電層と電界の印加により光の透過率が変化する
液晶層を対向する２つの透明導電性電極で挟み込んだも
のである。この素子の駆動は、両透明導電性電極間に外
部から電圧を印加することによってなされる。そして、
この状態で光導電層に書き込み光を照射すると、光導電
層の電気抵抗が変化して液晶層に印加される電圧が変化
し、この電圧の大きさに応じて液晶層を通過する読みだ
し光が変調される。この動作を使って、光のしきい値処
理、波長変換、インコヒーレント／コヒーレント変換、
画像メモリ等の機能を実現することができる。このた
め、空間光変調素子は光情報処理のキー・デバイスとし
て位置づけられている。また、光強度の大きい読み出し
光を書き込み光とは反対の方向から入射し、書き込んだ
内容を反射型で読み出せば、光増幅機能をも実現するこ
とができる。そのため、投写型ディスプレイとしても応
用することができ、汎用性に優れた素子として期待され
ている。

【０００３】現在、実用化されている投写型のディスプ
レイ方式としては、この光アドレス型空間光変調素子を
用いたものの他に、ＣＲＴ３管による投写方式及びアク
ティブマトリックス液晶ライトバルブを高輝度光源で投
写するものがある。ＣＲＴによる方式は対角５〜７イン
チのＲ、Ｇ、Ｂ３本の高輝度ＣＲＴに画像を表示し、そ
の画像を３本の投写レンズでスクリーン上に投写して合
成し、カラー画像を得る。このため、低消費電力化、軽
量化が困難といった問題もある。また、ＣＲＴ画面の発
光強度を大きくすると、各画素の発光強度プロファイル
の幅が大きくなり、隣合う画素どうしでクロストークが
生じ解像度が劣化する。これは一般にブルーミング現象
と呼ばれ、ＣＲＴを用いた場合に避けられない問題であ
る。

【０００４】また、アクティブマトリクス液晶ライトバ
ルブの方法は、Ｒ、Ｇ、Ｂ３枚の液晶パネルまたはＲ、
Ｇ、Ｂカラーフィルタを一体化した１枚の液晶パネルに
画像を表示し、メタルハライドランプやハロゲンランプ
等の高輝度のバックライト光源で読み出し、スクリーン
上に投影するものである。これはＣＲＴによる方法に対
し、小型軽量にできる利点がある。しかし、画素サイズ
を小さくし高解像度化を図ると画素の大きさに対する遮
光領域（アクティブマトリクス駆動のためのトランジス
タ部分）の割合が大きくなり画素の開口率が低下して画
像が暗くなる。更に遮光領域での光ー熱変換による発熱
が生じるため液晶のコントラストが低下し、この結果解
像度の劣化を来す。

【０００５】以上のように、解像度と輝度は反比例の関
係にありＣＲＴ及びアクティブマトリクス液晶ライトバ
ルブを用いたプロジェクションディスプレイではこれら
を両立することはできなかった。一方、光アドレス型の
空間光変調素子を用いた場合は、光導電層にＣＲＴの高
解像度な画像を入力しその画像を液晶層側から高輝度光
源によって反射型で読み出し、投写レンズによってスク
リーン上に投影する方式である。この方式は、小型軽量
で且つ高解像度で明るい画面を提供でき、従来のディス
プレイが持つ解像度と輝度の問題を解決できる画期的な
方法である。

【０００６】現在、空間光変調素子として最も高感度、
高速応答で且つ動作電圧が小さく使い易いのは、光導電
層として水素化非晶質シリコン（以下、ａ−Ｓｉ：Ｈと
略記する）薄膜を用い、液晶層として強誘電性液晶（以
下、ＦＬＣと略記する）を用いたものである。この空間
光変調素子の構成として、光導電層と液晶層の間に絶縁
性の誘電体反射膜を用いたもの、また、電気的に分離さ
れた複数の微小な島状の画素からなる導電性の金属反射
膜を設けたものがある。誘電体反射膜を用いた空間光変
調素子の解像度は、光導電層の膜厚と感度により定めら
れる横方向の電荷の拡散量によって制限されることが知
られている（オプティカルエンジニアリング第３３巻
（１９９４）第１３２２頁〜第１３２９頁）［Ｏｐｔ．
Ｅｎｇ．３３（１９９４）ｐ．１３２２−１３２９］。

【０００７】このため、光導電層に入射される画像の強
度が大きくなると横方向への電荷の拡散量が増加し、液
晶層から出力される画像の解像度が劣化するといったＣ
ＲＴにおけるブルーミングと同様の現象が生じる。ま
た、光導電層をｐｉｎのダイオード構造とすると解像度
は著しく劣化することになる。つまり誘電体反射膜に接
するｎ層は、ｉ層に比べ電気伝導度が一般に２ケタ以上
高いため、入射光による横方向の電荷拡散量が大きくな
る。このため、誘電体反射膜を用いた空間光変調素子で
は、光導電層は通常ｉ層のみで構成される。従って、光
導電層に整流性を持たせることができないため、この駆
動にあたって電圧波形と同期したリセットパルス光が必
要となり構成が複雑になる。一方、複数の島状画素から
なる金属反射膜を用いた空間光変調素子は、解像度は幾
何学的に定まる反射電極間距離によって制限される反
面、各画素は完全に電気的に絶縁されているためデバイ
ス自身でのブルーミング現象は生じない。

【０００８】このような空間光変調素子を駆動する波形
としては、図２５（ａ）に示すような両極性パルスから
なるものや、図２５（ｂ）の単極性パルスからなるもの
がある。図２５（ａ）の駆動電圧波形は（特開平４ー１
２３０１９号公報）において提案されており、空間光変
調素子に書き込まれた画像に対して二値化処理のような
光演算を行うことができる。一方、図２５（ｂ）の駆動
電圧波形は高電圧で短い消去パルスと低電圧で長い書き
込み電圧期間からなっており（米国特許第５，１７８，
４４５号）において提案され、ジャパニーズジャーナル
オブアプライドフィジックス第３３巻（１９９４）第３
４６９頁〜第３４７７頁［Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈ
ｙｓ．Ｖｏｌ．３３（１９９４）ｐ．３４６９−３４７
７］において消去パルスおよび書き込み電圧値の最適化
の解析が行われている。

【０００９】この駆動波形においては、書き込み電圧期
間の電圧を低くしているために電界によるスィッチング
を抑制することができ、また、書き込み電圧期間が長い
ために読み出し光のデューティ比を約１にすることがで
きるので、投写型ディスプレイ等への応用には適した方
式である。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】空間光変調素子を用い
て投写型ディスプレイを構成し、ＣＲＴによる画像書き
込みを行うとする場合、書き込まれた画像のコントラス
ト特性は、空間光変調素子の入出力光強度特性に基づき
変調されて、スクリーン上に投写されることになる。空
間光変調素子に書き込まれた画像はＣＲＴの表示特性に
よって決まる有限な書き込み強度及びコントラスト値を
持っている。従って空間光変調素子の入出力光強度特性
と書き込まれた画像の強度特性の関係により、スクリー
ン上に投写された画像の輝度と解像度の関係が決定され
ることになる。例えば、空間光変調素子への画像入力に
用いるＣＲＴの１つの画素に相当する発光強度形状が適
切でなくコントラスト値が低い場合、裾部分に相当する
強度により空間光変調素子から出力された画像の黒が浮
き上がり解像度を劣化するという問題が生じてくる。つ
まり、空間光変調素子に入力されるＣＲＴの画像は、あ
る一定以上のコントラスト値を有している必要がある。

【００１１】また、一般にＣＲＴの表示画像のコントラ
ストと輝度との関係は、ＣＲＴ画面の発光強度が大きく
なると表示された画像のコントラストが急激に減少する
非線形な関係を示す。このため、空間光変調素子に書き
込むＣＲＴの画像の発光輝度を適正に保たないと、表示
された画像のコントラスト特性が低下し、この結果空間
光変調素子から出力された画像の解像度が低下するとい
う上述したことと同様の問題が生じる。

【００１２】更に、ＣＲＴの発光による残光特性が長く
１フレーム終了時においてほぼ０とならない時、次のフ
レームにおいてもまだ前フレームの強度がバイアス光と
して残る。このため、本来表示される画像の黒レベルが
浮き上がりコントラスト特性を低下させる原因となる。

【００１３】次に、空間光変調素子の入出力強度曲線に
おいてその立ち上がりしきい値が低いと、入力された画
像の黒の部分が浮き上がり投写された画像の解像度に制
限を受けることになる。空間光変調素子の駆動方法を変
化して入出力曲線の立ち上がりしきい値を高く設定すれ
ば、画像の黒の浮き上がりは抑えられ解像度は向上す
る。しかし、従来行われている駆動方法では飽和する出
力強度もまた減少するため、明るい白の部分の強度が低
下し輝度に制限を受ける課題がある。

【００１４】本発明は前記従来技術の課題を解決するた
め、ＣＲＴの表示特性を空間光変調素子に対して最適化
し、より高輝度、高解像度な高品質の画像を得ることの
できる光書き込み方法を実現すること及び入出力曲線の
形を自由に選択できる制御性のよい空間光変調素子の駆
動方法を提供することを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明に係る空間光変調素子の光書き込み方法は、
対向する２枚の透明導電性電極を具備した透明絶縁性基
板で挟まれた領域に強誘電性液晶層と、整流性を有する
光導電層とこれらの層の間に同一平面内に設けられた複
数個の島状反射鏡とを少なくとも備えた空間光変調素子
と、前記導電性電極に接続された前記空間光変調素子を
駆動するための交流電源と、陰極線からなる画像入力手
段であるＣＲＴと、前記画像入力手段から出力された画
像を前記光導電層に結像する画像結像手段と前記空間光
変調素子が出力する画像を読み出す光源及び投写レンズ
を少なくとも構成要素とし、前記空間光変調素子が入力
光強度に対し非線形なしきい値特性を有し、且つ前記Ｃ
ＲＴにおいては陰極線による発光強度プロファイルの最
大値に対してその強度が概ね１０％となる時の値が前記
空間光変調素子の立ち上がりしきい値以下であることを
特徴とする。

【００１６】また上記構成において画像入力手段として
用いるＣＲＴにおいては、陰極線による発光強度プロフ
ァイルの最大値に対してその強度が概ね５０％となる時
の横幅をＤ₅₀とし、発光強度が概ね１０％となる時の横
幅をＤ₁₀とする時、Ｄ₅₀／Ｄ ₁₀の値が０．５５〜１の範
囲にある表示特性を有していることが好ましい。

【００１７】本発明に係る空間光変調素子の光書き込み
方法は、対向する２枚の透明導電性電極を具備した透明
絶縁性基板で挟まれた領域に強誘電性液晶層と、整流性
を有する光導電層とこれらの層の間に同一平面内に設け
られた複数個の島状反射鏡とを少なくとも備えた空間光
変調素子と、前記導電性電極に接続された前記空間光変
調素子を駆動するための交流電源と、ＣＲＴと、前記Ｃ
ＲＴから出力された画像を前記光導電層に結像する画像
結像手段と前記空間光変調素子が出力する画像を読み出
す光源及び投写レンズを少なくとも構成要素とし、前記
空間光変調素子の限界空間周波数以下の範囲において前
記ＣＲＴ及び画像結像手段により画像の書き込みが行わ
れ、前記空間光変調素子を通し変換されて出力した画像
のＭＴＦの値が０．１５以上であることを特徴とする。

【００１８】また上記構成において画像入力手段として
用いるＣＲＴにおいては、限界空間周波数以下の範囲で
画像表示を行う時、前記ＣＲＴのＭＴＦの値が０．２５
以上を有していることが好ましい。

【００１９】本発明に係る空間光変調素子の光書き込み
方法は、対向する２枚の透明導電性電極を具備した透明
絶縁性基板で挟まれた領域に強誘電性液晶層と、整流性
を有する光導電層とこれらの層の間に同一平面内に設け
られた複数個の島状反射鏡とを少なくとも備えた空間光
変調素子と、前記導電性電極に接続された前記空間光変
調素子を駆動するための交流電源と、ＣＲＴと、前記Ｃ
ＲＴから出力された画像を前記光導電層に結像する画像
結像手段と前記空間光変調素子が出力する画像を読み出
す光源及び投写レンズを少なくとも構成要素とし、前記
ＣＲＴにおいて限界空間周波数以下の範囲で画像表示を
行う時、前記空間光変調素子から出力された画像のＭＴ
Ｆが０．１５以上となるＣＲＴの発光輝度で書き込みを
行うことを特徴とする。

【００２０】本発明に係る空間光変調素子の光書き込み
方法は、対向する２枚の透明導電性電極を具備した透明
絶縁性基板で挟まれた領域に強誘電性液晶層と、整流性
を有する光導電層とこれらの層の間に同一平面内に設け
られた複数個の島状反射鏡とを少なくとも備えた空間光
変調素子と、前記導電性電極に接続された前記空間光変
調素子を駆動するための交流電源と、ＣＲＴと、前記Ｃ
ＲＴから出力された画像を前記光導電層に結像する画像
結像手段と前記空間光変調素子が出力する画像を読み出
す光源及び投写レンズを少なくとも構成要素とし、前記
ＣＲＴにおいては陰極線による発光強度の最大値に対し
てその強度が概ね１０％となるまでの時間が前記空間光
変調素子の応答速度の１００倍以下である表示特性を有
していることを特徴とする。

【００２１】また上記構成において画像入力手段として
用いるＣＲＴにおいては、陰極線による発光強度の最大
値に対してその強度が概ね１０％となるまでの時間が１
０ｍｓ以下である表示特性を有していることが好まし
い。

【００２２】本発明に係る空間光変調素子の駆動方法
は、対向する２枚の透明導電性電極を具備した透明絶縁
性基板で挟まれた領域に強誘電性液晶層と、整流性を有
する光導電体層とこれらの層の間に同一平面内に設けら
れた複数個の島状反射鏡とを少なくとも備えた空間光変
調素子と、前記導電性電極に接続された前記空間光変調
素子を駆動するための交流電源と、ＣＲＴと、前記ＣＲ
Ｔから出力された画像を前記光導電層に結像する画像結
像手段と前記空間光変調素子が出力する画像を読み出す
光源及び投写レンズを少なくとも構成要素とし、前記空
間光変調素子においては２枚の透明導電性電極間に印加
される駆動電圧波形の１周期が、前記光導電層を順方向
バイアス状態にして前記強誘電性液晶層の配向方向を分
極反転させる消去電圧期間と、前記光導電層に空乏領域
を形成し光電流を発生させる書き込み電圧期間とからな
り、前記書き込み電圧期間における電圧値が時間の経過
と共に減少および増加する三角波形形状から構成されて
いることを特徴とする。

【００２３】

【作用】前記本発明の空間光変調素子の光書き込み方法
は、画像入力に用いるＣＲＴにおいて発光強度プロファ
イルの最大値に対してその強度が概ね１０％となる時の
値が非線形なしきい値特性を有する空間光変調素子の立
ち上がりしきい値以下となるように設定されている。更
に、ＣＲＴにおける発光強度プロファイルの最大値に対
してその強度が５０％となる時の横幅をＤ₅₀とし、発光
強度が概ね１０％となる時の横幅をＤ₁₀とする時、Ｄ₅₀
／Ｄ₁₀の値が０．５５〜１の範囲の表示特性を有してい
る。このため、ＣＲＴの１つの画素に相当する発光強度
形状が最適化されており、表示された画像のコントラス
ト値を常に高く保つことができる。従って、空間光変調
素子から出力された画像においては、ＣＲＴの発光強度
プロファイルの裾部分の強度からの黒の浮き上がりによ
る解像度の低下の影響は受けず、高精細な画像を得るこ
とができる。また、空間光変調素子から出力された画像
のＭＴＦが０．１５以上となるＣＲＴの発光輝度で書き
込みが行われる。このため、ＣＲＴの表示画像はコント
ラストと輝度との非線形な関係によってそのコントラス
トの値が急激に減少することはない。この結果、空間光
変調素子から出力された画像は高解像度を維持すること
ができる。更に、ＣＲＴの発光強度がその最大値に対し
て概ね１０％となるまでに要する時間が１０ｍｓ以下で
ある表示特性を有しているため、前フレームの発光強度
によるバイアス光量により表示画像が劣化することもな
い。

【００２４】また本発明の空間光変調素子の駆動方法に
よれば、書き込み電圧期間における電圧値が三角波形状
であるため、その入出力光強度特性の立ち上がりしきい
値、出力飽和強度または曲線の傾き等を自由に操作でき
る制御性に優れている。このため投写された画像の黒の
部分の強度を低く抑えることができ、明るい白の部分の
強度は高く保つことができる。このように投写された画
像の高輝度化と高解像度化の両立が可能になる。

【００２５】このように本発明における発光強度プロフ
ァイルおよび残光等の表示特性が最適化されたＣＲＴを
用いた空間光変調素子の光書き込み方法と書き込み電圧
期間の電圧値が三角波形状である駆動方法とを用いて投
写型ディスプレイを構成すれば、従来にないより高輝
度、高解像度な高品質の画像を実現することができる。

【００２６】

【実施例】以下、本発明の実施例について、図面を参照
しながら説明する。空間光変調素子を用いた大画面投写
型ディスプレイのシステム構成を図１に示す。

【００２７】図１において、ＣＲＴ１０１による画像パ
ターンを結像レンズ１０２を通して空間光変調素子１０
３の光導電層に結像する。すると、光導電層内では、微
弱な２次元書き込み光パターンに対応した光キャリヤが
発生し、これが読み出し光側の反射電極に集められる。
この作用によって入力画像パターンが強誘電性液晶層へ
と転送されることになる。これを高輝度の光源１０４を
用いて偏向変調された画像パターンとして読みとり、偏
光ビームスプリッタ１０５を通して入力画像に対応した
２次元の画像強度パターンとする。これを投写レンズ１
０６によってスクリーン１０７上に大画面の画像として
投写を行う。

【００２８】ＣＲＴ１０１の１つの画素に相当するビー
ムの発光強度プロファイルの一例を図２に示す。発光強
度のピーク値に対してその強度が５０％になるところの
ビーム幅をＤ₅₀、強度が１０％になるところの幅をＤ₁₀
とする。この時、２つのビーム幅の比Ｄ₅₀／Ｄ₁₀によっ
てＣＲＴの発光強度プロファイルを定義することがで
き、この値によってＣＲＴのコントラスト、分解能等の
表示特性を変化することができる。Ｄ₅₀／Ｄ₁₀の値が概
ね０．５５の時、ＣＲＴはガウシアン型の発光プロファ
イルとなる。この値が大きくなると裾部分の広がりが抑
えられ、発光ビームがより狭窄化されることになる。こ
の結果、隣合う画素同士でのクロストークによる解像度
の低下の影響は少なくなる。また、この値は１より大き
くすることはできない。

【００２９】図１の投写型ディスプレイに中で用いられ
た空間光変調素子の構成の一実施例を図３に示す。これ
は、透明な基板３０１（例えばガラス）上に透明電極３
０２（例えばＩＴＯ、ＺｎＯ、ＳｎＯ2 など）を形成
し、整流性を持つ光導電層（あるいは受光層）３０６を
構成し、その上に微小形状に分離された金属反射膜３０
９〜３１０（例えばＡｌ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ａｇなどの金
属、あるいは２種以上の金属を積層したもの）を形成
し、液晶を配向させるための配向膜３１１（例えばポリ
イミド等の高分子薄膜）をその上から形成したものであ
る。そして、もう一方の基板３１５（例えばガラス）上
にも透明電極３１４（例えばＩＴＯ、ＺｎＯ、ＳｎＯ2
など）を形成し、その上から配向膜３１３（例えばポリ
イミド等の高分子薄膜）を塗布し、最後にこれらをある
間隙をもたせて張り合わせて、間隙部分に強誘電性液晶
３１２を注入したものである。

【００３０】光導電層３０６に使用する材料は例えば、
ＣｄＳ，ＣｄＴｅ，ＣｄＳｅ，ＺｎＳ，ＺｎＳｅ，Ｇａ
Ａｓ，ＧａＮ，ＧａＰ，ＧａＡｌＡｓ，ＩｎＰ等の化合
物半導体、Ｓｅ，ＳｅＴｅ，ＡｓＳｅ等の非晶質半導
体、Ｓｉ，Ｇｅ，Ｓｉ_1-xＣ_x，Ｓｉ_1-xＧｅ_x，Ｇｅ_1-x
Ｃ_x（０＜ｘ＜１）の多結晶または非晶質半導体、ま
た、（１）フタロシアニン顔料（Ｐｃと略す）例えば無
金属Ｐｃ，ＸＰｃ（Ｘ＝Ｃｕ，Ｎｉ，Ｃｏ，ＴｉＯ，Ｍ
ｇ，Ｓｉ（ＯＨ）₂ など），ＡｌＣｌＰｃＣｌ，ＴｉＯ
ＣｌＰｃＣｌ，ＩｎＣｌＰｃＣｌ，ＩｎＣｌＰｃ，Ｉｎ
ＢｒＰｃＢｒなど、（２）モノアゾ色素，ジスアゾ色素
などのアゾ系色素、（３）ペニレン酸無水化物およびペ
ニレン酸イミドなどのペニレン系顔料、（４）インジゴ
イド染料、（５）キナクリドン顔料、（６）アントラキ
ノン類、ピレンキノン類などの多環キノン類、（７）シ
アニン色素、（８）キサンテン染料、（９）ＰＶＫ／Ｔ
ＮＦなどの電荷移動錯体、（１０）ビリリウム塩染料と
ポリカーボネイト樹脂から形成される共晶錯体、（１
１）アズレニウム塩化合物など有機半導体がある。

【００３１】また、非晶質のＳｉ，Ｇｅ，Ｓｉ_1-xＣ_x，
Ｓｉ_1-xＧｅ_x，Ｇｅ_1-xＣ_x（以下、ａ−Ｓｉ，ａ−Ｇ
ｅ，ａ−Ｓｉ_1-xＣ_x，ａ−Ｓｉ_1-xＧｅ_x，ａ−Ｇｅ_1-x
Ｃ_xのように略す）を光導電層３０６に使用する場合、
水素またはハロゲン元素を含めてもよく、誘電率を小さ
くするおよび抵抗率の増加のため酸素または窒素を含め
てもよい。抵抗率の制御にはｐ型不純物であるＢ，Ａ
ｌ，Ｇａなどの元素を、またはｎ型不純物であるＰ，Ａ
ｓ，Ｓｂなどの元素を添加してもよい。このように不純
物を添加した非晶質材料を積層してｐ／ｎ，ｐ／ｉ，ｉ
／ｎ、ｐ／ｉ／ｎなどの接合を形成し、光導電層３０６
内に空乏層を形成するようにして誘電率および暗抵抗あ
るいは動作電圧極性を制御してもよい。このような非晶
質材料だけでなく、上記の材料を２種類以上積層してヘ
テロ接合を形成して光導電層３０６内に空乏層を形成し
てもよい。また、光導電層３０６の膜厚は０．１〜１０
μｍが望ましい。

【００３２】なお、光導電層３０６の受光感度を上げる
ために、例えばｐ／ｉ／ｎのフォトダイオード構造にお
いて、ｉ層を以上の各材料のうちの２つ以上を交互に積
層した超格子構造にして量子効率が１を越える光電流を
発生させるようにすることが望ましい。

【００３３】次に、この素子の具体的な作成方法の一例
について述べる。まず、ガラスの基板３０１（４０ｍｍ
×４０ｍｍ×０．３ｍｍ）上に蒸着法により透明電極３
０２としてのＩＴＯ薄膜を堆積する。ＩＴＯ膜の厚さは
１０００Åとした。光導電層３０６はプラズマＣＶＤ法
により形成されており、ｐ層０．０３μｍ、ｉ層１．９
μｍ、ｎ層０．３μｍである。ｐ層３０３にはＣ₂Ｈ₂及
びＢ（ボロン）をドープすることにより、ｐ型ａ−Ｓｉ
_1-xＣ_x：Ｈ層を形成した。ｎ層３０５はＰ（リン）をド
ープすることによりｎ型のａ−Ｓｉ：Ｈ層を形成した。
ｉ層３０４はアンドープである。次にこの膜上にＣｒの
反射電極３０９を０．５μｍの厚さに形成する。電極パ
ターンは反射電極の１つの大きさが２６μｍ、溝幅が２
μｍ、ピッチを２８μｍとした。

【００３４】尚、このパターンはフォトリソグラフィに
より形成した。この後リアクティブイオンエッチングに
より画素をエッチングマスクにして、画素間のａ−Ｓ
ｉ：Ｈのｉ層３０４の途中までの堀込みを行う。続いて
Ａｌを全面に０．０５μｍ蒸着することによって、Ａｌ
の反射電極３１０及び読み出し遮光膜３０７を同時に形
成する。この後、溝の間隙部分にブラックマトリックス
３０８を充填し、隣合う画素間の電気的クロストークを
避ける構造としている。更にこの上からポリアミック酸
を塗布し熱処理することによりポリイミド配向膜３１１
とした。配向膜の厚さは０．０２μｍである。もう一方
の読みだし光側の基板も同様にＩＴＯ３１４と配向膜３
１３を形成した。配向膜上に直径１μｍのビーズ３１６
を分散させて書き込み側のガラス基板３１５と張り合わ
せセルを形成した。その後、セル内に強誘電性液晶３１
２（ＣＳ−１０２９チッソ社）を注入して空間光変調
素子１０３が完成した。反射電極は２次元的に２０４８
×２０４８個配列している。このピッチは２８μｍで最
大解像度は１８（ｌｐ／ｍｍ）であり、１０００ＴＶ本
以上の高解像度の光書き込みが可能である。

【００３５】次にこの空間光変調素子の解像度について
の詳しい説明を行う。解像度を定量的に評価する方法の
１つに変調伝達関数（ＭＴＦ；Modulation Transfer Fu
nction）がある。図４に示す調和関数的な強度分布を持
つ入力像が、ある光学システムを通り結像された場合を
考える。一般に像が光学システムを通ると、その出力像
の画質は入力像のそれより悪くなる。この画質の変化を
定量的に表すため下記（数１）で示すコントラストｍ_I
を用いる。

【００３６】

【数１】

【００３７】ここでＩ’_maxは出力像の最大値、Ｉ’_min
はその最小値である。（数１）で示したコントラストの
変化量は光学系の特性と密接に関係しているため、入力
像と出力像のコントラスト比を変調伝達関数（ＭＴＦ）
として下記（数２）のように定義する。

【００３８】

【数２】

【００３９】このＭＴＦは光学系の特性を示すのに通常
用いられる。（数２）で示されたＭＴＦの値は光学系の
空間周波数特性と関係するため、一般に空間周波数の値
に対する変化量として示される。

【００４０】以下にＭＴＦを空間光変調素子の解像度の
評価に適用した場合について具体的に説明する。空間光
変調素子上に記録される入力パターンとして、後のレー
ザ干渉計を用いた実験との対応のため下記（数３）で示
すような調和関数的な振幅分布を考える。尚、簡単化の
ため一次元モデルとして取り扱う。

【００４１】

【数３】

【００４２】（数３）においてＡ（ｘ）は入力パターン
の振幅、ｘは空間座標を示し、νは空間周波数である。
レーザ光のようなコヒーレント照明を考えた場合、強度
ＩとはＩ＝｜Ａ（ｘ）｜²によって結びつけられる。

【００４３】従って、（数１）で示した強度Ｉによるコ
ントラストｍ_Iは、（数３）の振幅による変調を表すｍ_a
によって以下のように書き直すことができる。

【００４４】

【数４】

【００４５】ここで（数１）で示すようなコントラスト
ｍ_Iは結像面での出力像から直接求められるものであ
る。一方、コヒーレント光学系においては、この出力像
のフーリエ変換した値からコントラストｍ_Iを求めるこ
とがしばしば行われる。これは出力像の後方にレンズを
配置し、このレンズの焦点面でのスペクトルパターンを
求めることに対応する。（数３）は下記（数５）

【００４６】

【数５】

【００４７】と書き換えることができる。従って（数
５）のフーリエ変換は

【００４８】

【数６】

【００４９】となる。上式においてＡ_oはフーリエ変換
に伴う比例定数、δ（ｘ）はフェルミディラックのデル
タ関数である。δ（ｘ）は、

【００５０】

【数７】

【００５１】のように積分形で定義される。（数６）か
らわかるようにフーリエ面においては、周波数０、ν、
ーνの位置にそれぞれ高さ１、１／２、１／２に比例し
た振幅（強度では、１、１／４、１／４）のスペクトル
を生じ、これらは０次、±１次の回折項として観測され
る。従って、フーリエ面で観測される回折項と、（数
３）で示される変調を表すｍ_aとの対応は以下のように
なる。

【００５２】

【数８】

【００５３】（数８）は、

【００５４】

【数９】

【００５５】として書き直すことができるため、（数
９）を（数４）に代入することにより最終的に

【００５６】

【数１０】

【００５７】が求められる。（数１０）からわかるよう
に、フーリエ面に生じる０次と１次の回折項を観測する
ことにより、コントラストｍ_Iを求めることができる。
（数６）式から空間周波数νが大きくなるほど０次項と
１次項の間隔は大きくなることがわかる。このことは、
入力パターンの周期が細かくなるほど０次項と１次項の
分離度が大きくなることを意味する。従って、フーリエ
面における観測によって空間周波数の大きな値までｓ／
ｎ比の良い測定を行うことができることになる。

【００５８】（数２）で示したＭＴＦの定義は入力像と
出力像のコントラストの比として与えられている。この
ＭＴＦを求めるには、（数１）または（数１０）式の出
力像のコントラストをさらに入力像のコントラストで規
格化することになる。しかしながら、後に述べるレーザ
干渉計によるコヒーレント系での実験において、空間周
波数（２０lp/mm）程度までは入力側のコントラストは
一定と見なせる。そのためＭＴＦは（数１０）に対して
定数項が付加しただけとなる。よって以下の実験の取扱
いでは、（数１０）式で得られた値をＭＴＦとして使用
する。

【００５９】次にレーザ干渉計を用いた実験装置及び空
間光変調素子のＭＴＦ評価の方法についての具体的な説
明を行う。空間光変調素子のＭＴＦ評価システムを図５
に示す。Ｈｅ−Ｎｅレーザ５０１（波長λ：６３３ｎ
ｍ、出力５ｍｗ）からの出射光はＮＤフィルタ５０３に
よって強度を調節し、ビームエクスパンダ５０４によっ
て直径１ｃｍ程度に広げてコリメートされた後、ビーム
スプリッタ５０８によって２つの光束に分割される。こ
れらの光束はミラー５０６とミラー５０７によって反射
され、空間光変調素子の入力面において２つの光束の入
射角度に対応した干渉縞を生じる。また、読みだし光と
してＨｅ−Ｎｅレーザ５０２（波長λ：６３３ｎｍ、出
力５ｍｗ）を用い、ビームエクスパンダ５０５によって
直径３ｃｍ程度にコリメートし、偏光子を通して直線偏
光とした後、ビームスプリッタ５０９によって空間光変
調素子の読みだし側に入射する。空間光変調素子１０３
の液晶層で偏光変調されて反射された光は、偏光子５１
０に対してクロスニコルに置かれた検光子５１１によっ
て入力画像に対応した強度パターンとして出射する。こ
の強度パターンはその後に置かれたレンズ５１２（焦点
距離ｆ＝４００ｍｍ）によってフーリエ変換され、空間
光変調素子１０３に書き込まれた干渉縞に対応したスペ
クトルパターンを焦点面に生ずる。このスペクトルパタ
ーンの０次及び±１次項がＸ−Ｙステージ上に置かれた
光パワーメータ５１３（ＹＯＫＯＧＡＷＡ：３２９２）
によって検出され、これらの測定値を（数１０）に代入
することによってＭＴＦが求められる。

【００６０】ミラー５０６及びミラー５０７によって反
射された光強度をＩ_A、Ｉ_Bとし、これらが空間光変調素
子の入力面においてθの角度をなして入射しているとす
る。このときの入力面に置ける強度分布は

【００６１】

【数１１】

【００６２】となる。ここで

【００６３】

【数１２】

【００６４】である。（数１１）を（数１）に代入する
ことによって干渉縞のコントラストは

【００６５】

【数１３】

【００６６】と表すことができる。（数１３）は光ビー
ム強度比を変えることによって干渉縞のコントラストを
変化することができることを示している。また、Ｉ_avg
＝Ｉ_A＋Ｉ_Bを調節することによって干渉縞のバイアス値
を、光学システムのミラー５０６の角度を変化させるこ
とで干渉縞の空間周波数νをそれぞれ所望する値に調節
することができる。このときレンズの焦点位置に生ずる
スペクトルパターンの０次項と１次項との間隔ｄは、

【００６７】

【数１４】

【００６８】によって与えられる。ここで、ｆはレンズ
の焦点距離、λはレーザ５０２の波長である。（数１
１）と（数１３）から２つの光ビーム強度比が等しいＩ
＝Ｉ_A ＝Ｉ_B の時は干渉縞のコントラストは１となり、
干渉縞の強度の最大値は４Ｉとなる。図５に示すシステ
ムを用いて、干渉縞の空間周波数を変化させながらレン
ズの焦点面に得られる０次項Ｉ₀と１次項Ｉ₁を観測し、
（数１０）に代入することによって空間周波数νに対す
るＭＴＦの値を求めることができる。レーザ干渉計を用
いることの利点として干渉縞の焦点深度が無限大となる
ことがある。分解能の測定にＵＳＦのテストチャートを
用いた場合とは異なり、空間光変調素子の入力面におけ
る焦点位置合わせによる測定誤差を無くすことができ
る。

【００６９】また、読み出し光により出力された干渉縞
の断面強度プロファイルを一次元のイメージセンサやＣ
ＣＤカメラによって測定評価することに比べて、点の検
出器による評価が可能となり、測定装置が簡略化でき
る。また、一般に光パワーメータのような点検出器はＣ
ＣＤカメラに比べてダイナミックレンジが大きく、精度
の良い測定も期待できる。更に０次項と１次項との間隔
は（数１４）で示すように干渉縞の空間周波数に比例す
る。従って、空間周波数の大きな値においてＩ₀とＩ₁の
分離度が良くなり、ｓ／ｎ比のよい測定が可能となる。

【００７０】次に図５に示すシステムによって空間光変
調素子の解像度を評価した結果について以下に詳述す
る。ここで評価を行った空間光変調素子の入出力光強度
特性を測定した一実施例を図６に示す。この測定は図５
に示す光学系においてミラー５０６の前に衝立を置き、
この部分の光を遮断し、空間光変調素子１０３にはミラ
ー５０７によって出射した光のみが入射するように調整
して行った。この状態で読み出し側にある検光子５１１
の後方に光パワーメータ５１３を配置し、ＮＤフィルタ
５０３を回転させながら入射光強度を変化させ、空間光
変調素子１０３の入出力光強度特性を測定した。

【００７１】空間光変調素子１０３の駆動は、消去パル
ス電圧１５Ｖ、書き込み電圧ー１Ｖ、デューティ比１
１：１からなる単極性パルスによって行った。６０Ｈ
ｚ、３３３Ｈｚ、８３３Ｈｚの３つの駆動条件での入出
力特性を図６に示している。これらの周波数はＣＲＴ書
き込みにおいて画面上で観察されるビートが少ない周波
数であり、特に高輝度が得られる６０Ｈｚの周波数を中
心として評価を行った。周波数が高くなるにつれ入出力
曲線の立ち上がりのしきい値が入力光の高強度側にシフ
トしている。また、出力光が飽和する入力光強度の値も
同様に高くなっているのがわかる。このシフト量は入射
光強度と強誘電性液晶の立ち上がり時間との関係によっ
て決まるものである。入射光強度が低い場合は、液晶の
立ち上がり速度も遅くなる。従って、高い周波数では液
晶の立ち上がりによる光強度変化が顕著となる前に消去
パルスが動作するため、出力光強度の変化はほとんど認
められなくなる。しかし低周波駆動においては、比較的
弱い入射光による液晶のゆっくりとした立ち上がりで
も、書き込み時間が長いため、出力の光強度の変化に寄
与する。それによって出力光強度の増加が認められるこ
とになる。

【００７２】図７は、空間光変調素子１０３に書き込ま
れた干渉縞の入力パターン（ａ）及び空間光変調素子か
ら出力された干渉縞パターン（ｂ）の一例である。これ
らのパターンは空間光変調素子１０３の位置に直径５０
μｍのピンホールを付けた光パワーメータ５１３を置き
観測したものである。図７の横軸は１分／Ｄｉｖであ
り、図７（ａ）の縦軸は１０ｎＷ／Ｄｉｖ、図７（ｂ）
の縦軸は１ｎＷ／Ｄｉｖである。これらのパターン変化
はレーザ５０１のレーザ管の熱的な膨張によりレーザ５
０１の周波数がゆっくりと変化するためのものであり、
これに応じて入力面での干渉縞がゆっくりとシフトす
る。この入力面に点検出器を固定して配置することによ
り干渉縞の断面強度プロファイルを正確に測定すること
ができる。測定はレーザ５０１及びレーザ５０２を点灯
した後、１時間半以上放置した後に行っている。レーザ
本体の周波数変化は非常にゆっくりであり、計測による
強度変化等にはほとんど影響を与えない。図７のパター
ンにおいてノイズのような強度変化が見られるが、これ
は数Ｈｚのオーダーであり、縞の山と谷の部分は安定し
ている。従って、実際の空間光変調素子へは（数１１）
で示したようなコサイン波の強度分布が静止して入力さ
れているものとして取り扱って良い。

【００７３】空間光変調素子１０３に干渉縞を書き込ん
だ場合に得られた空間周波数に対するＭＴＦの変化を、
図８に示す。入射光強度を３段階に変化させ、６０Ｈ
ｚ、３３３Ｈｚ，８３３Ｈｚの各駆動周波数に対してＭ
ＴＦを求めたものである。強度パラメータは入力パター
ンの干渉縞のピーク値に対応している。入射光強度のパ
ラメータの値によってＭＴＦの曲線が変化しているのが
わかる。

【００７４】空間周波数を１０．０（ｌｐ／ｍｍ）に固
定し、入力光強度を変化させながら各周波数におけるＭ
ＴＦの変化をプロットしたものを図９に示す。１０．０
（ｌｐ／ｍｍ）という値は空間光変調素子の最大空間周
波数のほぼ半分であり、ＭＴＦ曲線を評価する上で重要
な値となる。また、ハイビジョン映像を書き込む時の解
像度とほぼ一致する。ＭＴＦ曲線は入力光強度に対して
それぞれピークを有しており、これらの値は周波数が大
きくなるにつれて入力光強度の高い方へとシフトしてい
るのがわかる。

【００７５】ＭＴＦ曲線が入力パターンの光強度によっ
て変化する原因は、空間光変調素子が図６で示したよう
な入出力特性を持つためと考えられる。図７（ａ）で示
したような有限なコントラスト値を持った入力パターン
である干渉縞のピーク光強度が増加していくと、その出
力光強度はある所でほぼ飽和値に達する。更に光強度を
増加するとピーク値は飽和しているので、干渉縞の谷の
部分のみの光強度が上昇する。すると谷部分の光強度は
入出力曲線の立ち上がりのしきい値に到達し、空間光変
調素子から読み出された干渉縞のコントラストが劣化す
る。この結果ＭＴＦの値を低下させると考えられる。

【００７６】図９に示すように周波数が高くなるとＭＴ
Ｆのピークとなる入力光強度が高くなる。これも書き込
み時間が短くなるにつれて入出力曲線が高光強度側にシ
フトし、その結果干渉縞の谷の部分の強度を上昇するの
に必要とする入力光強度がより大きくなることによると
考えられる。

【００７７】上述したようなＭＴＦ曲線が入力パターン
の光強度によって変化する原因を明確にするため、次の
ような実験を行った。図１０に示すようなパターンを図
３の空間光変調素子のＩＴＯ３０２上に形成し、入力遮
光膜として用いた。図１０のパターンはＩＴＯ上にＣｒ
／Ａｌをそれぞれ０．０５μｍ形成し、フォトリソグラ
フィによってパターンを形成し、この後エッチングを行
うことによって作製した。図において、黒の部分がＣｒ
／Ａｌによって遮光されている部分である。

【００７８】また、この部分の光の透過率は分光測定に
より４００ｎｍ〜８００ｎｍの範囲で１．０×１０^-5以
下であったため、入力パターンのコントラスト特性は無
限大として取り扱うことができる。また、このパターン
はＩＴＯと光導電層との間に形成されているため、入力
面のガラス基板部分での入力光の多重反射による影響も
受けず、入力系と切り離して純粋にデバイス本体の評価
を精度良く行うことができる。

【００７９】ここで作製した空間光変調素子に対し、図
５におけるシステムにおいて干渉縞の形成は行わずに平
行光を照射して実験した。入力光強度を変化しながら、
空間光変調素子１０３からの出力パターンの光強度を光
パワーメータ５１３によって検出しＭＴＦの値を求め
た。この結果、入力光強度を増加しても図９で示したよ
うなＭＴＦの値の減少は観測されず、常にＭＴＦの値は
ほぼ１であった。空間光変調素子１０３の反射電極３１
０と強誘電性液晶３１２の界面での横方向の電荷拡散等
による解像度を劣化させるような要因は存在しないこと
が明かとなった。従って、完全に入力パターンのＯＮ／
ＯＦＦ特性が保たれればＯＮに相当する入力光強度が増
大したとしても、解像度を劣化することはない。

【００８０】次に空間光変調素子を投写型プロジェクタ
に応用する場合に重要となる輝度と解像度との関係につ
いて説明する。図１１、図１２は、出力光強度とＭＴＦ
との関係をプロットしたものである。図では図９の結果
を基にして、読みだし光によってレンズの焦点面に生じ
た０次と±１次項の和を出力光強度とした。尚、出力光
強度はその最大値によって規格化を行って示してある。
出力光強度は投写されたスクリーン上の照度に対応する
ため、これらの図は輝度（横軸）と解像度（縦軸）の関
係を表すことになる。従って出力光強度が高い時、曲線
の位置が上側にあれば、より高輝度で高解像度であると
いうことを示している。

【００８１】図１１において周波数が３３３Ｈｚ、８３
３Ｈｚと６０Ｈｚに対して高い場合の駆動条件の方が同
じ出力光強度において解像度が良いことを示している。
図６の入出力光強度曲線を見ると、周波数が高い場合は
曲線の立ち上がりのしきい値が高くなっている。しきい
値が高くなることは干渉縞の谷部分の上昇分を抑える効
果がある。従って解像度には谷部分（ＯＦＦ強度）の値
が顕著に影響し、周波数の高い駆動における程ＭＴＦの
曲線が上側に来ると考えられる。また、６０Ｈｚ駆動の
場合は特に立ち上がりのしきい値が低く、弱い光強度で
影響を受けやすいことから解像度が減少していると考え
られる。反対に出力光強度の最大値は周波数の高い駆動
において低くなっている。出力光強度が書き込み時間の
長さに比例するためである。従って、輝度を優先する場
合においては、周波数の高い駆動方式は適さないことに
なる。

【００８２】図１２は駆動周波数を６０Ｈｚに固定して
書き込みパルスと消去パルスのデューティ比を変化した
場合のＭＴＦ変化を示したものである。出力光強度が
０．３以上の値においては、どのＭＴＦ曲線もほぼ一致
している。ここで用いた範囲内のデューティ比では、輝
度と解像度の関係にはあまり影響しないことがわかる。

【００８３】次に、入力パターンのコントラストを図１
３の（ａ）〜（ｃ）で示すように３段階変化させ、入力
パターンのコントラストと輝度及び解像度との関係につ
いて評価した。（ａ）は図５で示すレーザ干渉計で得ら
れた最も高いコントラストの場合である。このように光
学システムにおいてコントラストが制限される要因とし
ては、ビームスプリッタ１による強度の分割比の違い、
ＮＤフィルタによる光散乱によるコヒーレンスの低下等
が考えられる。（ｂ）及び（ｃ）は、ミラー１とビーム
スプリッタ１との間にＮＤフィルタを挿入して干渉縞を
形成するビーム強度比を変化させた場合である。（ｂ）
は透過率１０％のＮＤフィルタ、（ｃ）は１．４％のも
のを使用した。強度比（Ｉ_A／Ｉ_B）を用いて式（１３）
によって計算された干渉縞のコントラストはそれぞれ
０．５７、０．２３であり、図３ー１３に示されている
入力パターンの実測値とほぼ一致した。

【００８４】入力パターンのコントラストを変化させた
場合のＭＴＦと出力光強度の関係を図１４に示す。入力
パターンのコントラストの違いによって曲線がはっきり
と分かれており、入力パターンのコントラストが輝度と
解像度の関係に大きく影響することがわかる。図１５
は、図１４の横軸の出力光強度をパネル効率として示し
たものである。パネル効率はλ／４（Ａｌ）反射板に対
して求めた。ところで空間光変調素子のパネル効率は出
力光強度がほぼ飽和値に達する強さの入射光を照射した
時得られた読み出し光量と、λ／４（Ａｌ）反射板を用
いた場合の読みだし光量とを比較することにより求めら
れる。出力光強度をλ／４（Ａｌ）反射板によって規格
化して示すことは、投写型ディスプレイのシステムを構
成する際に重要になる。つまり、λ／４（Ａｌ）反射板
を用いてスクリーン上の明るさを求めておけば、パネル
効率を乗算することによって空間光変調素子を使用した
場合のスクリーン上の輝度を容易に推定できることにな
る。

【００８５】横軸の効率と縦軸のＭＴＦとの関係から、
投写された画像のスクリーン照度とそのときの解像度と
の関係が求められる。今、入力パターンのコントラスト
０．９６（５０：１）においてＭＴＦの値が０．５以上
必要であるとすれば、グラフより空間光変調素子に照射
する書き込み光を制限する必要がある。空間光変調素子
の効率は２７％以下と設定しなければならないことにな
る。ここで使用した空間光変調素子の効率は５０％であ
ったので最大輝度の（２７／５０）５４％しか出力され
ないことになる。

【００８６】以上のように、より高輝度と高解像度を満
足するためには、入力パターンのコントラストを向上さ
せることが必要である。図１に示したシステムにおい
て、ハイビジョン映像を投写する場合のシステム全体の
ＭＴＦは概ね以下のように表すことができる。

【００８７】

【表１】

【００８８】空間光変調素子周辺の光学系のＭＴＦの値
は上記したようにほぼ決まっている。システム全体とし
てのＭＴＦの値が１０００ＴＶ本において０．１以上で
あることが望ましい。このＭＴＦの０．１という値は肉
眼によって明暗を見分けることができる最小解像度に相
当する。上表において、仮に各システムのＭＴＦの値が
単純にそれぞれ独立に取り扱えるとすれば、空間光変調
素子のＭＴＦは中心において最低でも０．５以上必要と
なる。

【００８９】高輝度と高解像度を満足するには入力画像
のコントラストの値が重要であることを先に述べた。そ
こで空間光変調素子への画像入力に用いられるＣＲＴの
表示画像のコントラスト特性についての測定を行った。

【００９０】実験は、図１に示すシステム構成でＣＲＴ
１０１に明暗の縞模様を表示し、書き込みレンズ１０２
の焦点位置を空間光変調素子１０３の入力面に設定し
て、ここに直径５０μｍのピンホールの付いた図５で使
用した光パワーメータ５１３を置いた。これをマイクロ
メータ付きのステージで移動させながら、ＣＲＴ１０３
による出力画面の断面強度プロファイルを測定した。パ
ラメータとしてＣＲＴ画面の輝度（Brightness）の設定
値を変化させた。

【００９１】図１６に異なる輝度値において測定したＣ
ＲＴ画面の発光強度プロファイルを示す。輝度が５０と
小さいときのコントラストは２００：１以上有している
のに対し、輝度が１５０、２５０と大きくなるにつれコ
ントラストは低下し、輝度２５０においては１０：１程
度に減少している。この測定結果から、ＣＲＴのコント
ラストと輝度との関係は比例関係ではなく、発光強度が
大きくなるとコントラストが急激に減少する非線形な関
係を持つことがわかる。従ってＣＲＴに表示された画像
のコントラストを高く保つためには、発光強度を制限す
ることが必要である。また、ＣＲＴの発光強度の残光特
性が大きいと１フレームの時間内に強度が完全に０に落
ちないため、次のフレームの画像に対して余分なバイア
ス光量として働く。このため、このバイアス光により空
間光変調素子から出力された画像は黒レベルが浮き上が
り解像度の劣化が生じる。ＣＲＴの発光強度の残光特性
を適切に与えることが必要である。

【００９２】空間光変調素子は図６において説明したよ
うに図１７の実線で示したような入出力特性を持つ。従
って調和関数的なパターンが入力された場合、出力はこ
の入出力特性に対応したパターンとして生じることにな
る。このとき、入力パターンの谷の部分の強度が立ち上
がりのしきい値以上になると、出力パターンのコントラ
ストは急激に劣化することになる。もし、点線で示した
ように入出力特性の立ち上がりのしきい値を高強度側に
シフトし、且つ曲線の傾きを大きくできれば、出力され
たパターンは高コントラストを維持できることになる。
一方出力画像の中間調表示との関係を考慮しなければな
らない。空間光変調素子の駆動方法において、消去パル
スから書き込みモードに移行した瞬間のＦＬＣにかかる
電圧値が入出力光強度曲線の立ち上がりのしきい値を規
定し、書き込み電圧の振幅の大きさが飽和する出力光強
度の大きさを決める。従来の駆動方法では、書き込み電
圧値を書き込み期間全体において一定にしていた。これ
を書き込みモードの初期において低く設定し、書き込み
時間の経過と共にこの電圧値を大きくするといったメモ
リ駆動とを組み合わせた三角波的な書き込み電圧駆動を
行うと、図１７の点線で示したような入出力特性を得る
ことができる。

【００９３】特にＣＲＴの高コントラスト特性を有する
光書き込み方法と空間光変調素子の駆動方法による入出
力特性の制御性の良さを組み合わせれば、階調表示また
はコントラスト強調といった入力画像に適した画像表示
を選択でき、より高品質の投写画像の提供が可能となる
ためその効果は大である。以下に具体的な実施例につい
て説明する。

【００９４】（実施例１）図２におけるＣＲＴの発光強
度のプロファイルにおいてＤ₅₀／Ｄ₁₀の値が０．１とな
るＣＲＴを用いた。このＣＲＴを図５のシステムの空間
光変調素子への書き込み側に配置した。ＣＲＴには空間
周波数１０（ｌｐ／ｍｍ）の明暗の縞模様を表示し、こ
れを図１の結像レンズ１０２を用いて空間光変調素子の
光導電層に書き込みを行った。この時得られた出力光強
度とＭＴＦとの関係を図１８に示す。これは図１５に相
当するものである。空間光変調素子のＭＴＦの値は０．
１以下であり、出力光強度が大きい所でのＭＴＦの低下
が著しいことがわかる。

【００９５】（実施例２）ＣＲＴの発光強度プロファイ
ルにおいてＤ₅₀／Ｄ₁₀の値が０．５５のものを使用して
実施例１と同様に実験を行った。このＣＲＴのＭＴＦは
Brightnessの設定が１５０のときにおいて０．６であっ
た。この時得られた出力光強度とＭＴＦとの関係を図１
９に示す。空間光変調素子から出力されたＭＴＦの値は
０．５以上を示しており図１８に比べて曲線は全体に上
側にきていることがわかる。また、出力光強度が大きい
所でのＭＴＦの値も改善されている。以下にＣＲＴの発
光強度プロファイルとＣＲＴのコントラストと空間光変
調素子から出力されたＭＴＦとの関係をまとめて示す。

【００９６】

【表２】

【００９７】

【表３】

【００９８】以上の結果からＣＲＴの発光強度プロファ
イルの設定およびＣＲＴの高コントラスト特性を維持す
る光書き込み方法が空間光変調素子から高精細な画像を
得るために必要であることが判明した。

【００９９】（実施例３）図２０に空間光変調素子の駆
動に用いた書き込み電圧期間が三角波形状からなるパル
ス波形を示す。このパルスの書き込み開始及び終了時の
電圧は１Ｖとし、書き込みの半分の時間での電圧値をー
２．５Ｖとした。このとき空間光変調素子の入出力特性
を図２１に示す。これは図６に相当するものである。図
２１における各曲線の立ち上がりしきい値及び曲線の傾
きは、図６に比べて大きくなっていることがわかる。

【０１００】（実施例４）実施例２と同様のＣＲＴによ
る書き込み方法を用いて実験を行った。今回は空間光変
調素子を図２０で示すパルスによって駆動した。このと
き得られた出力光強度とＭＴＦとの関係を図２２に示
す。曲線が全体に図１９に比べて上側にきており、輝度
と解像度がより向上していることがわかる。この結果か
らＣＲＴにおいて高コントラストが得られる光書き込み
方法と空間光変調素子の入出力曲線を急峻にする駆動方
法によって投写型ディスプレイを構成すればより高輝度
で高解像度な画像が得られることが判明した。

【０１０１】（実施例５）ＣＲＴの発光強度の最大値に
対してその強度が１０％に減衰するまでの時間が概ね１
００ｍｓである残光特性の大きいものを使用して実験を
行った。ＣＲＴの表示条件及び空間光変調素子の駆動条
件は実施例２と同様である。このときの出力光強度とＭ
ＴＦとの関係を図２３に示す。曲線は図１９に比べて全
体に下側にきていることがわかる。

【０１０２】（実施例６）実施例５と同様の条件におい
て、今回はＣＲＴの発光強度の最大値に対してその強度
が１０％に減衰するまでの時間が概ね１０ｍｓである残
光特性の小さいものを使用して実験を行った。このとき
の出力光強度とＭＴＦとの関係を図２４に示す。曲線は
図２３に比べて全体に上側にきており輝度と解像度が実
施例５に比べ改善されていることがわかる。実施例５お
よび実施例６の結果から、ＣＲＴの残光特性が大きいと
輝度と解像度の関係が劣化することがわかる。これは１
フレームの時間内に発光強度が完全に０にならず次のフ
レームにバイアス光として寄与することが原因となる。
つまりバイアス光量によって空間光変調素子からの出力
画像の黒レベルを全体に浮き上がらせ、この結果、輝度
及び解像度の関係が劣化するからである。空間光変調素
子から高精細な画像を得るためにはＣＲＴの残光特性が
適切であることが必要であることが判明した。

【０１０３】

【発明の効果】以上のように本発明の光書き込み方法
は、画像入力に用いるＣＲＴにおいて発光強度プロファ
イルの最大値に対してその強度が概ね１０％となる値が
非線形なしきい値特性を持った空間光変調素子の立ち上
がりしきい値以下となるように設定されている。更に、
ＣＲＴにおける発光強度プロファイルの最大値に対して
その強度が概ね５０％となる時の横幅をＤ₅₀とし、発光
強度が概ね１０％となる時の横幅をＤ₁₀とする時、Ｄ₅₀
／Ｄ₁₀の値が０．５５〜１の範囲の表示特性を有してい
る。このため、ＣＲＴの１つの画素に相当する発光強度
形状が最適化されており、表示された画像のコントラス
ト値を常に高く保つことができる。従って、空間光変調
素子から出力された画像においては、ＣＲＴの発光強度
プロファイルの裾部分の強度からの黒の浮き上がりによ
る解像度の低下の影響は受けず、高精細な画像を得る効
果がある。

【０１０４】また、空間光変調素子から出力された画像
のＭＴＦが０．１５以上となるＣＲＴの発光輝度で書き
込みが行われる。このため、ＣＲＴの表示画像はコント
ラストと輝度との非線形な関係によってそのコントラス
トの値が急激に減少することはない。この結果、空間光
変調素子から出力された画像は高解像度を維持すること
ができる効果もある。更に、ＣＲＴの発光強度がその最
大値に対して概ね１０％となるまでに要する時間が１０
ｍｓ以下である表示特性を有しているため、前フレーム
の発光強度によるバイアス光量により表示画像が劣化す
ることもない。

【０１０５】また本発明の空間光変調素子の駆動方法に
よれば、書き込み電圧期間における電圧値が三角波形状
であるため、その入出力光強度特性の立ち上がりしきい
値、出力飽和強度または曲線の傾き等を自由に操作でき
る制御性に優れている。このため投写された画像の黒の
部分の強度を低く抑えることができ、明るい白の部分の
強度は高く保つことができる効果がある。このように投
写された画像の高輝度化と高解像度化の両立が可能にな
る。

【０１０６】以上のように本発明における発光強度プロ
ファイル及び残光等の表示特性が最適化されたＣＲＴを
用いた空間光変調素子の光書き込み方法と書き込み電圧
期間の電圧値が三角波形状である駆動方法とを用いて投
写型ディスプレイを構成すれば、従来にないより高輝
度、高解像度な高品質の画像を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる空間光変調素子を用いた大画面
投写型ディスプレイの構成図

【図２】ＣＲＴの発光強度プロファイルの一実施例を示
す図

【図３】微小形状に分割された金属反射膜を有する空間
光変調素子の一実施例を示す断面図

【図４】画像の入出力特性の説明のために用いた光学シ
ステム図

【図５】レーザ干渉計による解像度評価のために構成し
た光学システム図

【図６】空間光変調素子の入出力光強度特性図

【図７】(a),(b)はレーザ干渉計からなる光学システム
によって得られた空間光変調素子の入出力強度パターン
の一例を示す図

【図８】空間光変調素子のＭＴＦ曲線の一実施例を示す
図

【図９】空間光変調素子の入力光強度とＭＴＦの関係を
示す図

【図１０】空間光変調素子の入力遮光膜として用いたパ
ターンの一例を示す図

【図１１】空間光変調素子の駆動パルスの周波数を変化
したときの出力光強度とＭＴＦの関係図

【図１２】空間光変調素子の駆動パルスのデューティ比
を変化したときの出力光強度とＭＴＦの関係図

【図１３】(a),(b),(c)はレーザ干渉計によりコントラ
ストを変化して得られた干渉縞パターンの一実施例を示
す図

【図１４】空間光変調素子への入力パターンのコントラ
ストを変化したときの出力光強度とＭＴＦの関係図

【図１５】空間光変調素子の出力光強度を効率として規
格化したときのＭＴＦとの関係図

【図１６】ＣＲＴの発光輝度とコントラスト特性の一実
施例を示す図

【図１７】空間光変調素子の入出力曲線と解像度の関係
図

【図１８】ＣＲＴにより空間光変調素子に書き込みを行
ったときの出力光強度とＭＴＦとの関係の一実施例を示
す図

【図１９】ＣＲＴにより空間光変調素子に書き込みを行
ったときの出力光強度とＭＴＦとの関係の一実施例を示
す図

【図２０】空間光変調素子の駆動パルスの一実施例を示
す図

【図２１】空間光変調素子の入力光強度とＭＴＦの関係
の一実施例を示す図

【図２２】ＣＲＴにより空間光変調素子に書き込みを行
ったときの出力光強度とＭＴＦとの関係の一実施例を示
す図

【図２３】ＣＲＴにより空間光変調素子に書き込みを行
ったときの出力光強度とＭＴＦとの関係の一実施例を示
す図

【図２４】ＣＲＴにより空間光変調素子に書き込みを行
ったときの出力光強度とＭＴＦとの関係の一実施例を示
す図

【図２５】(a),(b)は空間光変調素子の駆動方法の従来
例で使用した駆動パルス波形図

【符号の説明】

１０１ＣＲＴ１０２結像レンズ１０３空間光変調素子１０４光源１０５偏光ビームスプリッタ１０６投写レンズ１０７スクリーン３０１、３１５ガラス基板３０２、３１４透明導電性電極３０３ｐ層３０４ｉ層３０５ｎ層３０６光導電層３０７読み出し遮光膜３０８ブラックマトリックス３０９、３１０反射電極３１１、３１３配向膜３１２強誘電性液晶３１６ビーズ５０１、５０２レーザ５０３ＮＤフィルタ５０４、５０５ビームエクスパンダ５０６、５０７ミラー５０８、５０９ビームスプリッタ５１０偏光子５１１検光子５１２レンズ５１３光パワーメータ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者筒井博司大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者藏富靖規大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】対向する２枚の透明導電性電極を具備した
透明絶縁性基板で挟まれた領域に強誘電性液晶層と、整
流性を有する光導電層とこれらの層の間に同一平面内に
設けられた複数個の島状反射鏡とを少なくとも備えた空
間光変調素子と、前記導電性電極に接続された前記空間
光変調素子を駆動するための交流電源と、陰極線からな
る画像入力手段と、前記画像入力手段から出力された画
像を前記光導電層に結像する画像結像手段と前記空間光
変調素子が出力する画像を読み出す光源及び投写レンズ
を少なくとも構成要素とし、前記空間光変調素子が入力
光強度に対し非線形なしきい値特性を有し、且つ前記画
像入力手段においては陰極線による発光強度プロファイ
ルの最大値に対してその発光強度が概ね１０％となる時
の値が前記空間光変調素子の立ち上がりしきい値以下で
あることを特徴とする空間光変調素子の光書き込み方
法。
【請求項２】画像入力手段として用いるＣＲＴにおいて
は、陰極線による発光強度プロファイルの最大値に対し
てその強度が概ね５０％となる時の横幅をＤ₅₀とし、発
光強度が概ね１０％となる時の横幅をＤ₁₀とする時、Ｄ
₅₀／Ｄ₁₀の値が０．５５〜１の範囲にある表示特性を有
していることを特徴とする請求項１記載の空間光変調素
子の光書き込み方法。
【請求項３】対向する２枚の透明導電性電極を具備した
透明絶縁性基板で挟まれた領域に強誘電性液晶層と、整
流性を有する光導電層とこれらの層の間に同一平面内に
設けられた複数個の島状反射鏡とを少なくとも備えた空
間光変調素子と、前記導電性電極に接続された前記空間
光変調素子を駆動するための交流電源と、画像入力手段
と、前記画像入力手段から出力された画像を前記光導電
層に結像する画像結像手段と前記空間光変調素子が出力
する画像を読み出す光源及び投写レンズを少なくとも構
成要素とし、前記空間光変調素子の限界空間周波数以下
の範囲において前記画像入力手段及び画像結像手段によ
り画像の書き込みが行われ、前記空間光変調素子を通し
変換されて出力した画像の変調伝達関数（ＭＴＦと略記
する）の値が０．１５以上であることを特徴とする空間
光変調素子の光書き込み方法。
【請求項４】画像入力手段として用いるＣＲＴにおい
て、限界空間周波数以下の範囲で画像表示を行う時、前
記ＣＲＴのＭＴＦの値が０．２５以上を有していること
を特徴とする請求項３記載の空間光変調素子の光書き込
み方法。
【請求項５】対向する２枚の透明導電性電極を具備した
透明絶縁性基板で挟まれた領域に強誘電性液晶層と、整
流性を有する光導電層とこれらの層の間に同一平面内に
設けられた複数個の島状反射鏡とを少なくとも備えた空
間光変調素子と、前記導電性電極に接続された前記空間
光変調素子を駆動するための交流電源と、画像入力手段
と、前記画像入力手段から出力された画像を前記光導電
層に結像する画像結像手段と前記空間光変調素子が出力
する画像を読み出す光源及び投写レンズを少なくとも構
成要素とし、前記画像入力手段において限界空間周波数
以下の範囲で画像表示を行う時、前記空間光変調素子か
ら出力された画像のＭＴＦが０．１５以上となる画像入
力手段の発光輝度で書き込みを行うことを特徴とする空
間光変調素子の光書き込み方法。
【請求項６】対向する２枚の透明導電性電極を具備した
透明絶縁性基板で挟まれた領域に強誘電性液晶層と、整
流性を有する光導電層とこれらの層の間に同一平面内に
設けられた複数個の島状反射鏡とを少なくとも備えた空
間光変調素子と、前記導電性電極に接続された前記空間
光変調素子を駆動するための交流電源と、画像入力手段
と、前記画像入力手段から出力された画像を前記光導電
層に結像する画像結像手段と前記空間光変調素子が出力
する画像を読み出す光源及び投写レンズを少なくとも構
成要素とし、前記画像入力手段においては陰極線による
発光強度の最大値に対してその強度が概ね１０％となる
までの時間が前記空間光変調素子の応答速度の１００倍
以下である表示特性を有していることを特徴とする空間
光変調素子の光書き込み方法。
【請求項７】画像入力手段として用いるＣＲＴにおいて
は、陰極線による発光強度の最大値に対してその強度が
概ね１０％となるまでの時間が１０ｍｓ以下である表示
特性を有していることを特徴とする請求項６記載の空間
光変調素子の光書き込み方法。
【請求項８】対向する２枚の透明導電性電極を有する透
明絶縁性基板で挟まれた領域に強誘電性液晶層と、整流
性を有する光導電体層と、これらの層の間に同一平面内
に設けられた複数個の島状反射鏡とを少なくとも備えた
空間光変調素子と、前記導電性電極に接続された前記空
間光変調素子を駆動するための交流電源と、画像入力手
段と、前記画像入力手段から出力された画像を前記光導
電層に結像する画像結像手段と、前記空間光変調素子が
出力する画像を読み出す光源及び投写レンズを少なくと
も構成要素とし、前記空間光変調素子においては２枚の
透明導電性電極間に印加される駆動電圧波形の１周期
が、前記光導電層を順方向バイアス状態にして前記強誘
電性液晶層の配向方向を分極反転させる消去電圧期間
と、前記光導電層に空乏領域を形成し光電流を発生させ
る書き込み電圧期間とからなり、前記書き込み電圧期間
における電圧値が時間の経過と共に減少および増加する
三角波形形状から構成されていることを特徴とする空間
光変調素子の駆動方法。