JPH09105900A

JPH09105900A - 光書込み式投写型ディスプレイ装置

Info

Publication number: JPH09105900A
Application number: JP7265485A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Kawakita; 真宏河北; Yoshinori Yokozawa; 美紀横澤; Kuniharu Takizawa; 國治滝沢; Hiroshi Kikuchi; 宏菊池; Hideo Fujikake; 英夫藤掛; Takanori Fujii; 孝憲藤井
Original assignee: Nippon Hoso Kyokai NHK; Japan Broadcasting Corp
Current assignee: Japan Broadcasting Corp
Priority date: 1995-10-13
Filing date: 1995-10-13
Publication date: 1997-04-22

Abstract

(57)【要約】【課題】装置の小型化を達成しつつ、光源像による照
明ムラの影響を受けず、かつ像のボケ発生を防止する。【解決手段】書込み用光源７とケーラー照明光学系８
とから成る書込み光学部１と、液晶画像形成装置２と、
結像光学部３と、空間光変調素子４と、投写光学部５
と、スクリーン６とを備える。書込み光源７の光源光
は、ケーラー照明光学系８により平行光束にされ、液晶
画像形成装置２に入力される。液晶画像形成装置２上に
光源７のフィラメントや電極などの光源像が結像せず、
このため、結像光学部３を介して空間光変調素子４上に
結像される書込み画像に輝度ムラの発生が防止される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、書込み光を用いて
画像やデータパターンのような２次元光情報を空間光変
調素子に入力し、表示光を用いてこの情報を２次元的に
表示する機能を持つ光書込み式投写型ディスプレイ装置
に関する。

【０００２】［発明の概要］本発明は、液晶画像形成装
置を照明する光学系として、照明物体である液晶画像形
成装置上で、光源からの出力光が平行光束で透過するケ
ーラー照明光学系を用いることにより、光源の電極やフ
ィラメントなどの光源像が照明物体上に結像するのを防
止し、光源像による照明ムラの影響を受けない書込み画
像を得るものである。

【０００３】また、液晶画像形成装置を照明する光学系
に多数の矩形型微小レンズから成るフライアイレンズを
用いることにより、書込み画像を多源化し、個々の微小
レンズからの光束を液晶画像形成装置に照明すること
で、照明強度の空間的に一様にでき、光利用率も向上さ
せるものである。

【０００４】さらに、光画像を空間光変調素子に結像さ
せる手段として、主光線が結像レンズの焦点を通るよう
に配置されたテレセントリック光学系を用いることによ
り、空間光変調素子の光軸方向に移動に対して空間光変
調素子の光導電層に結像した書込み画像の大きさが変化
することなく、高精度の画像表示を可能にする。さら
に、フルカラー画像の投写においては、各色の書込み画
像サイズが変化しないために、レジ調整が容易となり、
高品質の投写画像を表示可能にするものである。

【０００５】

【従来の技術】従来、偏光板を必要とせず光透過率が高
い光散乱性液晶層と光導電層を用いた光書込み型空間光
変調素子を構成要素として含む光書込み式投写型ディス
プレイ装置としては、次の文献に記載のものが知られて
いる（文献： K.Takizawa, H.Kikuchi, H.Fujikake, So
ciety for Information Displays (SID) International
Symposium Digest of Technical Papers Vol.22, p.250
-p.253, 1991 ）。

【０００６】この文献記載の装置は、図に示すように、
緑色（Ｇ）、赤色（Ｒ）、及び青色（Ｂ）の各色毎に、
液晶画像形成装置１０１Ｇ，１０１Ｒ，１０１Ｂと、リ
レーレンズ１０２Ｇ，１０２Ｒ，１０２Ｂと、空間光変
調素子１０３Ｇ，１０３Ｒ，１０３Ｂとを設ける。それ
ぞれの液晶画像形成装置１０１Ｇ，１０１Ｒ，１０１Ｂ
に青色の書込み光を入射させる。入射された青色の書込
み光により、各液晶画像形成装置１０１Ｇ，１０１Ｒ，
１０１Ｂに表示された画像光は、リレーレンズ１０２
Ｇ，１０２Ｒ，１０２Ｂを介して各空間光変調素子１０
３Ｇ，１０３Ｒ，１０３Ｂに書込まれる。

【０００７】一方、各空間光変調素子１０３Ｇ，１０３
Ｒ，１０３Ｂに書込まれた画像は、表示用光源１０４、
集光レンズ１０５、反射レンズ１０７、ダイクロイック
ミラー１０８およびダイクロイックミラー１０９を介し
て供給される読出し光によって読み出され、ダイクロイ
ックミラー１０９，１０８によって合成され、レンズ１
０７、レンズ１１０を介して、スクリーン１１１へ投写
される。これにより、拡大された画像をスクリーン１１
１上に表示することができる。

【０００８】この場合、前記各空間光変調素子１０３
Ｇ，１０３Ｒ，１０３Ｂは、図９に示すように、第１透
明電極１２１と、光導電層１２２と、光吸収層１２３
と、誘電体多層膜ミラー１２４と、光変調層１２５と、
第２透明電極１２６と、透明基板１２７とを備えてお
り、リード線１２８を介して駆動用交流電源１２９から
交流電圧が印加されている状態で、図９の左側から光導
電層１２２の光導電効果を誘起する書込み光１３０が入
射されると、この書込み光１３０の光強度に応じて光変
調層１２５が駆動される一方、図９の右側から読出し光
１３１が照射されると、書き込まれた光画像が表示光
（反射光）１３２として出射される。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の光書込み式投写型ディスプレイ装置によれば、以下
のような課題があった。

【００１０】第１に、図１０に示すように、書込み画像
を表示する装置である液晶画像形成装置１０１を書込み
光学部１４１の書込み光源１４２で照明した場合、書込
み光源１４２の電極やフィラメント像（光源像）が照射
面である液晶画像形成装置１０１上に生じるため、空間
光変調素子１０３に入力される光画像に光強度ムラが現
われ、これが投写画像の変調ムラとなり、画質を著しく
低下させる要因となっている。

【００１１】第２に、空間光変調素子１０１の書込み光
画像には、光導電層１２２の感度に十分な光強度が必要
であるが、書込み光学系でのロスが大きく、光源の光利
用率が悪くなると、空間光変調素子１０１の変調に十分
な光強度が確保できず、高輝度な投写画像が得られな
い。また、書込み光源１４２やディスプレイ装置全体の
大型化を招来している。

【００１２】第３に、図１１に示すように、液晶画像形
成装置１０１によって形成される光画像をリレーレンズ
１０２により空間光変調素子に結像する一般的な結像系
を書込み光学系に用いているため、空間光変調素子１０
３の光導電層１２２中で、光画像の大きさが変化し、像
のボケが生じる。そのため、空間光変調素子１０３の解
像度は著しく低下し、高精度な投写画像を得ることがで
きない。さらに、フルカラー画像を投写する場合には、
各色の書込み画像サイズが光学系の調整により異なるた
め、レジ調整が困難である。

【００１３】本発明は上記の事情に鑑みてなされたもの
であり、その目的は、装置の小型化を達成しつつ、光源
像による照明ムラの影響を受けず、かつ像のボケ発生を
防止できる光書込み式投写型ディスプレイ装置を提供す
ることにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに請求項１の発明は、第１透明電極と、この第１透明
電極に積層され、入射光の強さに応じてインピーダンス
が変化する光導電層と、この光導電層に積層される光吸
収層と、この光吸収層に積層され、可視光スペクトルの
全部または一部を反射する誘電体多層膜ミラーと、この
誘電体多層膜ミラーに積層される光変調層と、この光変
調層に積層される第２透明電極とを少なくとも備え、前
記第１透明電極と第２透明電極との間に印加された交流
電圧によって駆動される空間光変調素子と、可視光源を
有し、前記空間光変調素子へ前記可視光を読出し光とし
て照射するとともに、この読出し光に対する前記空間光
変調素子における反射光を表示光としてスクリーン上に
投写する投写光学部と、入力画像表示用の液晶画像形成
装置と、前記空間光変調素子の光導電層が感応するスペ
クトルを持つ書込み光源と、この書込み光源から前記液
晶画像形成装置を照明する照明光を生成するケーラー照
明光学系とを備えた書込み光学部と、前記液晶画像形成
装置の光画像を前記空間光変調素子の光導電層に結像さ
せる結像光学部と、から成ることを特徴としている。

【００１５】請求項２の発明は、第１透明電極と、この
第１透明電極に積層され、入射光の強さに応じてインピ
ーダンスが変化する光導電層と、この光導電層に積層さ
れる光吸収層と、この光吸収層に積層され、可視光スペ
クトルの全部または一部を反射する誘電体多層膜ミラー
と、この誘電体多層膜ミラーに積層される光変調層と、
この光変調層に積層される第２透明電極とを少なくとも
備え、前記第１透明電極と第２透明電極との間に印加さ
れた交流電圧によって駆動される青色、緑色および赤色
各別の空間光変調素子と、可視光源を有し、この可視光
源からの可視光を青色、緑色および赤色の各光に分離し
てそれぞれの空間光変調素子へ読出し光として照射する
とともに、この読出し光に対する前記各空間光変調素子
における反射光を合成して表示光としてスクリーン上に
投写する投写光学部と、青色、緑色および赤色入力画像
を形成する各別の液晶画像形成装置と、前記各光導電層
が感応するスペクトルを持つ書込み光源と、この書込み
光源から前記各液晶画像形成装置を照明する照明光を生
成するケーラー照明光学系とを備えた書込み光学部と、
前記書込み光学部から出射された照明光を３分割して前
記各液晶画像形成装置に出射する光学素子を備えた分割
部と、前記各液晶画像形成装置の光画像を前記各空間光
変調素子の光導電層に結像させる青色、緑色および赤色
各別の結像光学部と、から成ることを特徴としている。

【００１６】請求項３の発明は、請求項１または２に記
載の光書込み式投写型ディスプレイ装置において、前記
空間光変調素子を構成する光変調層は、ネマチック液
晶、コレステリック液晶、スメクチック液晶、これらネ
マチック液晶、コレステリック液晶、スメクチック液晶
の混合物によって構成される群のいずれか１つ以上の液
晶、または、予め設定されている屈折率を持つ透明樹脂
にこの透明樹脂と同等な常光屈折率を有するネマティッ
ク液晶、コレステリック液晶、スメクティック液晶のい
ずれか、またはこれら液晶の混合液晶が分散された液晶
・樹脂複合体、または、これらの液晶中に前記透明樹脂
を分散させた液晶・樹脂複合体から成ることを特徴とし
ている。

【００１７】請求項４の発明は、請求項１、２または３
に記載の光書込み式投写型ディスプレイ装置において、
前記書込み光学部は、書込み光源から出射される不均一
な光束を矩形の均一な光束に変換するフライアイレンズ
を有することを特徴としている。

【００１８】請求項５の発明は、請求項４記載の光書込
み式投写型ディスプレイ装置において、前記フライアイ
レンズによる照明光束の縦横比が前記液晶画像形成装置
の縦横比に一致することを特徴としている。

【００１９】請求項６の発明は、請求項１、２、３、
４、または５のいずれかに記載の光書込み式投写型ディ
スプレイ装置において、前記結像光学部は、テレセント
リック光学系で構成されることを特徴としている。

【００２０】

【発明の実施の形態】図１は本発明に係る光書込み式投
写型ディスプレイ装置の実施の一形態を示す構成図であ
る。

【００２１】この図に示す光書込み式投写型ディスプレ
イ装置は、書込み光学部１と、液晶画像形成装置２と、
結像光学部３と、空間光変調素子４と、投写光学部５
と、スクリーン６とを備えている。

【００２２】書込み光学部１は、書込み用光源７と、ケ
ーラー照明光学系８とを備えている。このケーラー照明
光学系８は、照明物体である液晶画像形成装置２上で、
光源光が平行光束で透過する照明光学系であり、後述す
る図３に示すような効果を奏する。

【００２３】液晶画像形成装置２は、例えば、ＴＦＴ
（Thin Film Transistor）アクティブ型液晶パネルを備
え、入力されたモノクロビデオ信号を画像表示する。

【００２４】結像光学部３は、結像レンズ９を備え、液
晶画像形成装置２に表示された書込み画像を導いて前記
空間光変調素子４に結像させる。

【００２５】空間光変調素子４は、図２に示すように、
第１透明電極１１と、光導電層１２と、光吸収層１３
と、誘電体多層膜ミラー１４と、光変調層１５と、第２
透明電極１６と、透明基板１７とを備えており、リード
線１８を介して駆動用交流電源１９から交流電圧が印加
されている状態で、図２の左側から光導電層１２の光導
電効果を誘起する書込み光２０が入射されると、この書
込み光２０の光強度に応じて光変調層１５が駆動される
一方、図２の右側から読出し光２１が照射されると、書
き込まれた光画像が表示光（反射光）２２として出射さ
れる。

【００２６】第１透明電極１１及び第２透明電極１６
は、共に蒸着等の手法によって光導電層１２の一面また
は透明基板１７の一面に密着されたＩｎ₂Ｏ₃：Ｓｎな
どの薄膜であり、リード線１８を介して駆動用交流電源
１９の各電圧出力端子に接続される。

【００２７】光導電層１２は、書込み光２０の入射に対
して電気的インピーダンスが大幅に減少するＣｄＳ、Ｃ
ｄＳｅ、Ｓｅ、ＳｅＴｅ、ＧａＡｓ、ＧａＰ、Ｂｉ₁₂Ｓ
ｉＯ₂₀、Ｂｉ₁₂ＧｅＯ₂₀、Ｓｉ、アモルファスＳｅ、ア
モルファスＳｉ、アモルファスＳｉＣ、アモルファスＳ
ｅＴｅ、ＳｅＡｓ、アモルファスＳｅＡｓなどの材料に
よって構成される層である。

【００２８】光吸収層１３は、ＣｄＴｅ膜、ダイヤモン
ドライクカーボン膜、珪素と炭素とゲルマニウムとから
実質的に構成されたアモルファス膜によって構成される
群から選択された１つ以上の膜、あるいは無機顔料、有
機顔料、カーボン、染料によって構成される群から選択
された１つ以上の材料を樹脂中に分散させた樹脂複合体
などで構成される。

【００２９】誘電体多層膜ミラー１４は、ＳｉＯ₂膜、
ＴｉＯ₂膜、ＨｆＯ₂膜、Ｔａ₂Ｏ₅膜、ＺｎＳ膜、Ａ
ｌ₂Ｏ₃膜、Ｎａ₂ＡｌＦ₆膜、ＭｇＦ₂膜、ＬａＦ₃
膜、ＧｄＦ₃膜、ＳｍＦ₃膜、ＣｅＦ₃膜、ＺｒＯ₂膜
およびＣｅＯ₂膜のいずれか、またはこの中から選択さ
れた２つ以上の膜を積層した多層膜によって構成され
る。

【００３０】また、光変調層１５は、板状に形成される
透明樹脂２３と、この透明樹脂２３内にほぼ均一に分散
される液晶小滴２４とから成る液晶・樹脂複合体で構成
されている。液晶小滴２４を構成する液晶としては、常
光屈折率ｎ_oが透明樹脂２３の屈折率ｎ_pと同等の値の
ものが良い。さらに、この液晶の屈折率異方性Δｎ（＝
ｎ_e−ｎ_o）は可能な限り大きいものが望ましい。この
ような条件を満たす液晶としては、屈折率異方性Δｎの
大きなネマティック液晶、コレステリック液晶、スメク
ティック液晶、またはこれら液晶の混合液晶が用いられ
る。ただし、高速性を得るには、低粘性かつ高弾性のネ
マティック液晶が適している。その中でも特に、屈折率
異方性Δｎの大きなシアノビフェニル系、ターフェニル
系、ピリジン系、ピリミジン系およびトラン系のネマテ
ィック液晶が最適である。

【００３１】なお、この実施の形態では、光変調層１５
として、透明樹脂２３内にほぼ均一に分散される液晶小
滴２４とから成る液晶・樹脂複合体で構成したが、前記
液晶中に前記透明樹脂を分散させた液晶・樹脂複合体で
構成しても良く、また、ネマチック液晶、コレステリッ
ク液晶、スメクチック液晶、これらネマチック液晶、コ
レステリック液晶、スメクチック液晶の混合物によって
構成される群のいずれか１つ以上の液晶によって構成し
ても良い。

【００３２】また、透明樹脂２３としては、紫外線によ
り重合が促進し、しかも硬化時の屈折率ｎ_pが１．５２
程度のアクリル樹脂、メタクリル樹脂、エポキシ樹脂、
ウレタン樹脂、ポリスチレン、ポリビニールアルコー
ル、またはこれらの共重合体（例えばアクリル・ウレタ
ン共重合体）などが好適である。

【００３３】透明基板１７は、この光書込み型空間光変
調素子の基板となる部分であり、透明度が高く、かつ平
坦性に優れたガラスや、アクリル等の合成樹脂により形
成されている。

【００３４】投写光学部５は、キセノンランプ、ハロゲ
ンランプ、メタルハライドランプなどで構成された表示
用の白色光源３１と、この白色光源３１からの可視光中
に含まれる紫外光や赤外光を遮断するバンドパスフィル
タ３２と、このバンドパスフィルタ３２を透過した可視
光を集光する集光レンズ３３と、この集光レンズ３３で
集光された光を受光して反射する反射ミラー３４と、こ
の反射ミラー３４で反射された光を受光して前記空間光
変調素子４の前記読出し光２１として出射すると共に、
この空間光変調素子４に書き込まれた光画像を入射して
表示光（反射光）２２として出射するレンズ３５と、こ
のレンズ３５から出射され表示光２２を入射してスクリ
ーン６に投光する投光レンズ３６とを備えている。

【００３５】次にこの実施形態の作用を説明する。

【００３６】先ず、光書込み型の空間光変調素子４の動
作を説明すると、この空間光変調素子４を駆動する場
合、第１透明電極１１と第２透明電極１６間に交流電圧
が印加される。結像光学部３を介して結像された書込み
光２０は、光導電層１２側から入射される。一方、レン
ズ３５を介して集光された読出し光２１は、光変調層１
５側から入射され、光変調層１５で光散乱を伴う光強度
変調を受ける。変調された読出し光２１は、誘電体多層
膜ミラー１４で反射され、表示光２２となる。なお、誘
電体多層膜ミラー１４から漏れた読出し光２１は、光吸
収層１３で吸収される。このとき、書込み光２０が極め
て弱いか、または入射しない場合には、光変調層１５よ
りも電気的インピーダンスが高い光導電層４側に、駆動
電圧の大半が印加される。このため、光変調層１５の液
晶分子の配列方向は樹脂界面の規制力を受け液晶小滴２
４ごとに不規則になる。その結果、読出し光２１は、液
晶小滴２４と透明樹脂２３の屈折率の不整合により、反
射や屈折を繰り返し、強く散乱される。一方、十分な強
度の書込み光２０が入射した場合、光導電層１２の電気
的インピーダンスが低下するため、光導電層１２に配分
されていた電圧の一部が光変調層１５側に移る。このと
き、各液晶小滴２４の大きさが均一であるため、各液晶
小滴２４内の液晶分子（正の誘電率異方性）の配向が、
一度に電界方向に揃う。このため、液晶小滴２４の屈折
率は常光屈折率ｎ_oに近づき、透明樹脂２３の屈折率ｎ
_pと同等となる。これによって、屈折率の不整合が解消
し、光変調層１５は透明に変化し、入射した読出し光２
１は、誘電体多層膜ミラー１４で反射されて出射され
る。ここで、正反射されてきた表示光２２のみを光学系
により取り出せば、書込み光２０によって変調された表
示光２２の光画像を得ることができる。こうして得られ
た光画像は、レンズ３５、投光レンズ３６を介してスク
リーン６に投光される。

【００３７】この場合、前記書込み光は、書込み光学部
１で生成されるが、前述したように、書込み光源７から
照射された書込み光を一般の結像光学系を用いた場合、
光源のフィラメントや電極などの光源像が液晶画像形成
装置２上に結像し、この像が書込み画像として空間光変
調素子４に書込まれ輝度ムラの原因となっていた。

【００３８】この実施形態では、書込み光は、ケーラー
照明光学系８を介して液晶画像形成装置２に結像され
る。すなわち、図３に示すように、書込み光源７の光源
光は、ケーラー照明光学系８により平行光束にされ、液
晶画像形成装置２に入力されるので、液晶画像形成装置
２上に光源７のフィラメントや電極などの光源像が結像
することはない。このため、結像光学部３を介して空間
光変調素子４上に結像される書込み画像に輝度ムラが発
生することが防止できる。

【００３９】《実験例１》光源像が液晶画像形成装置２
上で結像しない配置とするために、Ｆナンバー＝４、焦
点距離４０ｃｍ、のレンズ系を使用し、光源７と、レン
ズとの間隔を５５ｃｍ、レンズと液晶画像形成装置２と
の間隔を４０ｃｍとした光学系にて実験をした。このと
き、書込み画像の最高輝度部分と最低輝度部分の比は
１．４：１以下になり、書込み画像の輝度ムラとして良
好な結果を得た。

【００４０】さらに、Ｆナンバー＝３〜６のレンズ系を
使用したところ、１．８：１以下の輝度ムラが得られ、
この値は実際に有効な使用範囲が確保できることが確認
された。

【００４１】このように、この実施の形態によれば、ケ
ーラー照明光学系８を使用して画像表示を行うようにし
たので、輝度ムラを生じることなく空間一様性に優れた
投写画像を得ることができる。

【００４２】図４は、本発明に係る光書込み式投写型デ
ィスプレイ装置の他の実施形態を示す構成図である。

【００４３】この実施形態では、前記書込み光源７とケ
ーラー照明光学系８との間にフライアイレンズ４１を配
設したものである。

【００４４】このフライアイレンズ４１は、蠅の目のよ
うな小さなレンズを並べたアレイ状のレンズであり、そ
の一個一個の微小レンズにより、書込み光源が多光源化
され、各光源からの光により、照明物体である液晶画像
形成装置２の全面が照明され、微小レンズの個数分だけ
重ね合わされるため、空間的に一様な照明を可能とする
ものである。

【００４５】また、この実施形態で使用したフライアイ
レンズ４１の表面には、書込み光のスペクトルに対して
良好な特性を示す反射防止膜（図示せず）が施されてい
る。

【００４６】《実験例２》図４の構成の光書込み式投写
型ディスプレイ装置を実際に試作して検証した。この試
作では、フライアイレンズ４１として縦６０ｍｍ、横６
０ｍｍ、長さ１７０ｍｍで、ｆ＝１１０ｍの仕様のもの
を採用した。

【００４７】その結果、フライアイレンズ４１を構成す
る微小レンズの数が４個のものを使用した場合、得られ
た書込み画像の最高輝度部分と最低輝度部分の輝度比は
１００：７０以上であり、９個の場合は１００：９０以
下、２５個使用した場合は１００：９５以下となり、９
個以上の微小レンズからなるフライアイレンズ４１によ
り良好な空間一様性が得られた。

【００４８】また、書込み光源７から出射された光束断
面は円形であるが、矩形の縦横比を持つフライアイレン
ズ４１を使用した場合には、光源からの不均一な円形の
光束がフライアイレンズ４１によって均一な矩形の光束
に変形されるため、書込み光源７の光利用率を大幅に向
上でき、その結果、ディスプレイ装置の小型化が可能と
なる。

【００４９】さらに、前記９個の微小レンズから構成さ
れたフライアイレンズ４１を図４に示した投写型ディス
プレイに組み込んだ場合は、フライアイレンズ４１無し
の場合に比べて、書込み光源の光利用率は１．５倍以上
となるという結果を得た。

【００５０】縦横比が３：４の液晶画像形成装置２に合
わせ、光束断面が３：４になるフライアイレンズ４１を
使用した場合、光利用率は、フライアイレンズ４１を使
用しない場合に比べ２倍以上になった。また、９：１６
の液晶画像形成装置２に合わせて、光束断面が９：１６
になるフライアイレンズ４１を使用した場合も光利用率
が２倍以上となった。

【００５１】このように、フライアイレンズ４１を構成
する微小レンズの縦横比を液晶画像形成装置２の形状に
合わせることで、光源の光利用効率を向上させることが
できることが確認された。

【００５２】また、フライアイレンズ４１を使用した場
合には、フライアイレンズ４１を使用しない場合と同じ
光強度の書込み画像を得るのに、書込み光源７のパワー
が半分で良いことが分かった。このため、小型の光源を
使用でき、書込み光学部１の全体構成も２／３に小型化
することが可能となる。

【００５３】図５は、本発明に係る光着込み式投写型デ
ィスプレイ装置のさらに他の実施形態を示している。

【００５４】この実施形態の特徴は、液晶画像形成装置
２上に表示された光画像を空間光変調素子４に結像する
ための結像光学部３として、テレセントリック光学系５
１を使用したことである。

【００５５】図６に示すように、テレセントリック光学
系５１は、液晶画像形成装置２からの主光線が結像レン
ズの焦点を通るように配置された光学系である。このテ
レセントリック光学系５１を結像光学部３に使用する
と、空間光変調素子４をその光軸方向に移動しても、光
導電層１２に結像した書込む画像の大きさは変化しな
い。そのため、このテレセントリック光学系５１を使用
した場合、光導電層１２の厚みが異なる空間光変調素子
４を使用しても、その厚み方向において書込み画像の大
きさが異ならないため、高解像度な書込み画像の変調が
可能である。

【００５６】《実験例３》本発明者らの実験によれば、
図５のテレセントリック光学系５１を使用せず、代わり
に、上述した通常の単レンズ（Ｆナンバー＝２）から成
る結像光学部３を用いた投写型ディスプレイ（図１１参
照）において、厚さ１ｍｍの光導電層１２を持つ空間光
変調素子４の解像度は、１０ｌｐ／ｍｍであり、厚さ２
５０μｍの光導電層１２を持つ空間光変調素子４の解像
度は、２５ｌｐ／ｍｍであった。

【００５７】これに対して、テレセントリック光学系
（Ｆナンバー＝３．５）５１を使用した投写型ディスプ
レイ装置では、１ｍｍおよび２５０μｍの異なる厚みの
光導電層１２を持つ空間光変調素子の解像度は、ともに
５０ｌｐ／ｍｍであり、高解像度の画像表示が得られ
た。この性能は、テレセントリック光学系５１のＦナン
バーを２〜６まで変化させた構成の場合でも変化せず、
表示画像の解像度は一定であった。

【００５８】このようにこの実施形態によれば、液晶画
像形成装置２上に表示された光画像を空間光変調素子４
に結像するための結像光学部３として、テレセントリッ
ク光学系５１を使用したので、空間光変調素子４の光軸
方向の移動に対しても、光導電層１２に結像した書込む
画像の大きさに変化はない。そのため、このテレセント
リック光学系５１を使用した場合、光導電層１２の厚み
が異なる空間光変調素子４でも、その厚み方向において
書込み画像の大きさが異ならないため、高解像度な書込
み画像の変調が可能である。

【００５９】また、この実施形態においては、書込み光
学部１として、均一な光束を作製するケーラー照明光学
系８およびフライアイレンズ４１を用いているので、空
間的一様性の良好な画像を表示できる。

【００６０】図７は、本発明に係る光書込み式投写型デ
ィスプレイ装置のさらに他の実施形態を示している。な
お、前記各実施の形態と同一構成部分には同一符号を付
し、その説明は省略する。

【００６１】この実施の形態は、フルカラー画像を表示
するための装置であり、図７に示すように、書込み光源
７とフライアイレンズ４１とケーラー照明光学系８とを
備えた書込み光学部１と、光分割部６１と、緑色、赤
色、青色各別に設けられた液晶画像形成装置２Ｇ，２
Ｒ，２Ｂと、緑色、赤色、青色各別に設けられたテレセ
ントリック光学系５１Ｇ，５１Ｒ，５１Ｂを備えた結像
光学部３と、緑色、赤色、青色各別に設けられた空間光
変調素子４Ｇ，４Ｒ，４Ｂと、投写光学部５と、スクリ
ーン６とを備えている。

【００６２】光分割部６１は、書込み光学部１から入力
された書込み光の１／３を反射し、２／３を透過する分
割ミラー６２と、この分割ミラー６２で反射された光を
反射して前記青色の液晶画像形成装置２Ｂに入射させる
反射ミラー６３と、分割ミラー６２を透過した光の半分
を反射すると共に、半分を透過して前記赤色の液晶画像
形成装置２Ｒに入射させるハーフミラー６４と、このハ
ーフミラー６４で反射された光を反射して前記緑色の液
晶画像形成装置２Ｇに入射させる反射ミラー６５とを備
えている。

【００６３】一方、投写光学部５は、キセノンランプ、
ハロゲンランプ、メタルハライドランプなどで構成され
た表示用の白色光源３１と、この白色光源３１からの可
視光を集光する集光レンズ３３と、この集光レンズ３３
で集光された光を反射する反射ミラー３４と、この反射
ミラー３４の反射光を前記空間光変調素子４の読出し光
として出射すると共に、この空間光変調素子４に書き込
まれた光画像を入射して表示光（反射光）として出射す
るレンズ３５と、このレンズ３５から出射される表示光
を入射してスクリーン６に投光する投光レンズ３６とを
備えている。

【００６４】また、この投写光学部５は、レンズ３５を
通過した前記読出し光の内で青色光を反射し、他の色の
光を透過するダイクロイックミラー７１と、このダイク
ロイックミラー７１で反射された青色光を前記青色の空
間光変調素子４Ｂの読出し光として出射すると共に、こ
の空間光変調素子４Ｂから出射される青色の表示光をダ
イクロイックミラー７１に向けて反射する反射ミラー７
２と、ダイクロイックミラー７１を透過した光の内、赤
色光を透過し、緑色光を反射する一方、透過した赤色光
を前記赤色の空間光変調素子４Ｒの読出し光として出射
すると共に、この空間光変調素子４Ｒから出射される赤
色の表示光を入射するダイクロイックミラー７３と、こ
のダイクロイックミラー７３で反射された緑色光を前記
緑色の空間光変調素子４Ｇの読出し光として出射すると
共に、この空間光変調素子４Ｇから出射される緑色の表
示光をダイクロイックミラー７３に向けて反射する反射
ミラー７４とを備えている。

【００６５】上記の構成において、書込み光学部１のフ
ライアイレンズ４１およびケーラー照明光学系８で均一
な光束とされた照明光は、光分割部６１内で均等に３分
割され、それぞれ緑色、赤色、青色液晶画像形成装置２
Ｇ，２Ｒ，２Ｂに入射される。これら緑色、赤色、青色
液晶画像形成装置２Ｇ，２Ｒ，２Ｂからの各画像光は、
各色別のテレセントリック光学系５１Ｇ，５１Ｒ，５１
Ｂを介して、各色の空間光変調素子４Ｇ，４Ｒ，４Ｂに
結像される。

【００６６】一方、白色光源からの光源光（読出し光）
は、青色光を反射させるダイクロイックミラー７１と、
緑色光を反射させるダイクロイックミラー７３により色
分割され、各色の空間光変調素子４Ｇ，４Ｒ，４Ｂの読
出し光２１として出射される。これら各色の空間光変調
素子４Ｇ，４Ｒ，４Ｂの反射光（表示光）は、ダイクロ
イック７３，７１で合成された後、レンズ３５、投光レ
ンズ３６によりスクリーン６に投光される。

【００６７】このように、この実施形態においても、各
色別にテレセントリック光学系５１Ｇ，５１Ｒ，５１Ｂ
を使用して、書込み光を各色の空間光変調素子４Ｇ，４
Ｒ，４Ｂに結像するように構成したので、図６で説明し
たように、各書込み光画像のサイズが各空間光変調素子
４Ｇ，４Ｒ，４Ｂの光軸方向の移動に対し変化しないた
め、フルカラー時の投写画像のレジ調整が容易となり、
高品質な投写画像を表示することが可能となる。

【００６８】また、フルカラーの投写型ディスプレイ装
置の具体的な一例として、図２の構成の各空間光変調素
子４Ｇ，４Ｒ，４Ｂを用い、また表示用白色光源３１と
して１ｋＷのキセノンランプおよび対角１．３インチの
各液晶画像形成装置２Ｇ，２Ｒ，２Ｂを組み込んだ図７
構成の投写型ディスプレイ装置を試作して実験を行った
結果、光出力２０００ルーメン以上の明るさを持ち、空
間一様性にすぐれた高画質なフルカラー画像表示を得る
ことができた。

【００６９】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、請
求項１、２の発明では、書込み光源から液晶画像形成装
置を照明する照明光を生成するケーラー照明光学系を備
えるように構成したので、書込み画像の輝度ムラが大幅
に減少し、空間的に一様で高品質な高輝度投写画像の表
示が可能となる。

【００７０】また、請求項３の発明では、前記空間光変
調素子を構成する光変調層を、ネマチック液晶、コレス
テリック液晶、スメクチック液晶、これらネマチック液
晶、コレステリック液晶、スメクチック液晶の混合物に
よって構成される群のいずれか１つ以上の液晶、また
は、予め設定されている屈折率を持つ透明樹脂にこの透
明樹脂と同等な常光屈折率を有するネマティック液晶、
コレステリック液晶、スメクティック液晶のいずれか、
またはこれら液晶の混合液晶が分散された液晶・樹脂複
合体、またはこれらの液晶中に前記透明樹脂を分散させ
た液晶・樹脂複合体のいずれかで構成するようにしたの
で、ケーラー照明光学系の採用と相俟って、より一層空
間的に一様で高品質な高輝度投写画像の表示が可能とな
る。

【００７１】また、請求項４の発明では、書込み光源部
にフライアイレンズを有する構成としたので、書込み光
源から出射される不均一な光束を矩形の均一な光束に変
換でき、光利用率を大幅に向上させることができると共
に、ケーラー照明光学系と相俟って、空間的に一様な照
明が可能となる。

【００７２】さらに、請求項５の発明では、フライアイ
レンズによる照明光束の縦横比が前記液晶画像形成装置
の縦横比に一致するように構成したので、光利用率を一
層向上させることができる。

【００７３】さらに、請求項６の発明では、結像光学部
をテレセントリック光学系で構成するようにしたので、
空間光変調素子の光軸方向の移動に対しても、空間光変
調素子の光導電層に結像した書込み画像の大きさに変化
はない。そのため、このテレセントリック光学系を使用
した場合、光導電層の厚みが異なる空間光変調素子で
も、その厚み方向において書込み画像の大きさが異なら
ないため、高解像度な書込み画像の変調が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る光書込み式投写型ディスプレイ装
置の実施の形態を示す構成図である。

【図２】本発明に係る光書込み式投写型ディスプレイ装
置の構成要素となる空間光変調素子の一例を示す構成図
である。

【図３】図１に示した光書込み式投写型ディスプレイ装
置の作用効果を示す説明図である。

【図４】本発明に係る光書込み式投写型ディスプレイ装
置の他の実施の形態を示す構成図である。

【図５】本発明に係る光書込み式投写型ディスプレイ装
置のさらに他の実施の形態を示す構成図である。

【図６】図５に示した光書込み式投写型ディスプレイ装
置の作用効果を示す説明図である。

【図７】本発明に係る光書込み式投写型ディスプレイ装
置のさらに他の実施の形態を示す構成図である。

【図８】従来の光書込み式投写型ディスプレイ装置の一
例を示す構成図である。

【図９】従来の光書込み式投写型ディスプレイ装置の構
成要素となる空間光変調素子の一例を示す構成図であ
る。

【図１０】図８に示した従来の光書込み式投写型ディス
プレイ装置の作用効果を示す説明図である。

【図１１】図８に示した従来の光書込み式投写型ディス
プレイ装置の作用効果を示す説明図である。

【符号の説明】

１書込み光学部２，２Ｂ，２Ｇ，２Ｒ液晶画像形成装置３結像光学部４，４Ｂ，４Ｇ，４Ｒ空間光変調素子５投写光学部６スクリーン７書込み光源８ケーラー照明光学系９結像レンズ１１第１透明電極１２光導電層１３光吸収層１４誘電体多層膜ミラー１５光変調層１６第２透明電極１７透明基板１８リード線１９駆動用交流電源２０書込み光２１読出し光３１白色光源３２バンドパスフィルタ３３集光レンズ３４反射ミラー３５レンズ３６投光レンズ４１フライアイレンズ５１，５１Ｂ，５１Ｇ，５１Ｒテレセントリック光学
系６１光路分離部６２分割ミラー６３，６５反射ミラー６４ハーフミラー７１，７３ダイクロイックミラー７２，７４反射ミラー

フロントページの続き (72)発明者菊池宏東京都世田谷区砧一丁目10番11号日本放送協会放送技術研究所内 (72)発明者藤掛英夫東京都世田谷区砧一丁目10番11号日本放送協会放送技術研究所内 (72)発明者藤井孝憲東京都世田谷区砧一丁目10番11号日本放送協会放送技術研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１透明電極と、この第１透明電極に積
層され、入射光の強さに応じてインピーダンスが変化す
る光導電層と、この光導電層に積層される光吸収層と、
この光吸収層に積層され、可視光スペクトルの全部また
は一部を反射する誘電体多層膜ミラーと、この誘電体多
層膜ミラーに積層される光変調層と、この光変調層に積
層される第２透明電極とを少なくとも備え、前記第１透
明電極と第２透明電極との間に印加された交流電圧によ
って駆動される空間光変調素子と、可視光源を有し、前記空間光変調素子へ前記可視光を読
出し光として照射するとともに、この読出し光に対する
前記空間光変調素子における反射光を表示光としてスク
リーン上に投写する投写光学部と、入力画像表示用の液晶画像形成装置と、前記空間光変調素子の光導電層が感応するスペクトルを
持つ書込み光源と、この書込み光源から前記液晶画像形
成装置を照明する照明光を生成するケーラー照明光学系
とを備えた書込み光学部と、前記液晶画像形成装置の光画像を前記空間光変調素子の
光導電層に結像させる結像光学部と、から成ることを特徴とする光書込み式投写型ディスプレ
イ装置。
【請求項２】第１透明電極と、この第１透明電極に積
層され、入射光の強さに応じてインピーダンスが変化す
る光導電層と、この光導電層に積層される光吸収層と、
この光吸収層に積層され、可視光スペクトルの全部また
は一部を反射する誘電体多層膜ミラーと、この誘電体多
層膜ミラーに積層される光変調層と、この光変調層に積
層される第２透明電極とを少なくとも備え、前記第１透
明電極と第２透明電極との間に印加された交流電圧によ
って駆動される青色、緑色および赤色各別の空間光変調
素子と、可視光源を有し、この可視光源からの可視光を青色、緑
色および赤色の各光に分離してそれぞれの空間光変調素
子へ読出し光として照射するとともに、この読出し光に
対する前記各空間光変調素子における反射光を合成して
表示光としてスクリーン上に投写する投写光学部と、青色、緑色および赤色入力画像を形成する各別の液晶画
像形成装置と、前記各光導電層が感応するスペクトルを持つ書込み光源
と、この書込み光源から前記各液晶画像形成装置を照明
する照明光を生成するケーラー照明光学系とを備えた書
込み光学部と、前記書込み光学部から出射された照明光を３分割して前
記各液晶画像形成装置に出射する光学素子を備えた分割
部と、前記各液晶画像形成装置の光画像を前記各空間光変調素
子の光導電層に結像させる青色、緑色および赤色各別の
結像光学部と、から成ることを特徴とする光書込み式投写型ディスプレ
イ装置。
【請求項３】請求項１または２に記載の光書込み式投
写型ディスプレイ装置において、前記空間光変調素子を構成する光変調層は、ネマチック液晶、コレステリック液晶、スメクチック液
晶、これらネマチック液晶、コレステリック液晶、スメ
クチック液晶の混合物によって構成される群のいずれか
１つ以上の液晶、または、予め設定されている屈折率を持つ透明樹脂にこ
の透明樹脂と同等な常光屈折率を有するネマティック液
晶、コレステリック液晶、スメクティック液晶のいずれ
か、またはこれら液晶の混合液晶が分散された液晶・樹
脂複合体、または、これらの液晶中に前記透明樹脂を分散させた液
晶・樹脂複合体、から成ることを特徴とする光書込み式投写型ディスプレ
イ装置。
【請求項４】請求項１、２または３に記載の光書込み
式投写型ディスプレイ装置において、前記書込み光学部は、書込み光源から出射される不均一
な光束を矩形の均一な光束に変換するフライアイレンズ
を有することを特徴とする光書込み式投写型ディスプレ
イ装置。
【請求項５】請求項４記載の光書込み式投写型ディス
プレイ装置において、前記フライアイレンズによる照明光束の縦横比が前記液
晶画像形成装置の縦横比に一致することを特徴とする光
書込み式投写型ディスプレイ装置。
【請求項６】請求項１、２、３、４、または５のいず
れかに記載の光書込み式投写型ディスプレイ装置におい
て、前記結像光学部は、テレセントリック光学系で構成され
ることを特徴とする光書込み式投写型ディスプレイ装
置。