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技術 空間光変調素子および光学装置

出願人 日本電信電話株式会社
発明者 田中敬二加藤謹矢津留信二
出願日 1993年10月28日 (28年0ヶ月経過) 出願番号 1993-270115
公開日 1995年5月12日 (26年6ヶ月経過) 公開番号 1995-120780
状態 拒絶査定
技術分野 液晶1(応用、原理) 液晶5(電極、アクティブマトリックス)
主要キーワード 照射角度θ 特定波長帯 光映像 読出光 BSO 上述実施 特定偏光 硬化生成物
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(1995年5月12日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (15)

目的

光の利用効率を高くする。

構成

例えばITOからなる透明電極103、104が形成された例えばガラス高分子材料からなる透明基板101、102の間に、液晶と高分子材料との多層構造からなり、特定波長帯の光を反射しかつ電気的に反射強度を制御できる複合体105と、例えば顔料を分散した高分子材料からなる遮光膜106と、例えばBSOからなる光導電膜107とを挾持し、透明電極103、104に電圧印加のための電源108を接続する。

概要

背景

従来、明るい投射形表示装置を実現するため光書込形の空間光変調素子が用いられている。

第14図は従来の空間光変調素子を示す概略断面図である。図に示すように、ガラス基板1201、1202の間に透明電極1203、1204、光導電膜1208、読出光1211を反射する誘電体ミラー1205、読出光1211の偏光方向を制御する液晶1206、読出光1211と書込光1210とを分離する遮光膜1207を挾み、透明電極1203、1204に電源1209を接続した構造を有している。

この空間光変調素子においては、像情報をもった書込光1210が光導電膜1208に照射されると、像情報のパタンで光導電膜1208の抵抗が変化し、光導電膜1208に加わっていた電圧が液晶1206に印加され、像情報と同様なパタンで液晶1206に電圧が印加される。そして、液晶1206は電圧により光の偏光方向を制御できるから、入射された読出光1211の偏光方向を書込光1210の像情報のパタンに対応して変えることができる。この結果、誘電体ミラー1205から反射された読出光1212の偏光状態が書込光1210の像情報のパタンで変調され、偏光素子を介して反射された読出光1212を検出すれば、書込光1210の像情報のパタンに対応した読出光1212が得られる。

概要

光の利用効率を高くする。

例えばITOからなる透明電極103、104が形成された例えばガラス高分子材料からなる透明基板101、102の間に、液晶と高分子材料との多層構造からなり、特定波長帯の光を反射しかつ電気的に反射強度を制御できる複合体105と、例えば顔料を分散した高分子材料からなる遮光膜106と、例えばBSOからなる光導電膜107とを挾持し、透明電極103、104に電圧印加のための電源108を接続する。

目的

この発明は上述の課題を解決するためになされたもので、光の利用効率が高い空間光変調素子、それを用いた光学装置を提供することを目的とする。

効果

実績

技術文献被引用数
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牽制数
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請求項1

透明電極が形成された第1の透明基板と、透明電極および光導電膜が形成された第2の透明基板との間に、複屈折性材料複屈折性を示さない非複屈折性材料との多層構造からなる複合体を挾持したことを特徴とする空間光変調素子

請求項2

請求項1に記載の空間光変調素子と映像装置光源とからなり、上記映像装置からの光映像情報を上記空間光変調素子に投映することにより上記空間光変調素子に照射されている上記光源からの光を変調することを特徴とする光学装置

技術分野

0001

この発明は光の利用効率が高い光書込形の空間光変調素子、それを用いた光学装置に関するものである。

背景技術

0002

従来、明るい投射形表示装置を実現するため光書込形の空間光変調素子が用いられている。

0003

第14図は従来の空間光変調素子を示す概略断面図である。図に示すように、ガラス基板1201、1202の間に透明電極1203、1204、光導電膜1208、読出光1211を反射する誘電体ミラー1205、読出光1211の偏光方向を制御する液晶1206、読出光1211と書込光1210とを分離する遮光膜1207を挾み、透明電極1203、1204に電源1209を接続した構造を有している。

0004

この空間光変調素子においては、像情報をもった書込光1210が光導電膜1208に照射されると、像情報のパタンで光導電膜1208の抵抗が変化し、光導電膜1208に加わっていた電圧が液晶1206に印加され、像情報と同様なパタンで液晶1206に電圧が印加される。そして、液晶1206は電圧により光の偏光方向を制御できるから、入射された読出光1211の偏光方向を書込光1210の像情報のパタンに対応して変えることができる。この結果、誘電体ミラー1205から反射された読出光1212の偏光状態が書込光1210の像情報のパタンで変調され、偏光素子を介して反射された読出光1212を検出すれば、書込光1210の像情報のパタンに対応した読出光1212が得られる。

発明が解決しようとする課題

0005

しかし、このような空間光変調素子においては、特定偏光の光しか利用できず、この空間光変調素子を用いた光学装置では一方の偏光が無駄になる。

0006

この発明は上述の課題を解決するためになされたもので、光の利用効率が高い空間光変調素子、それを用いた光学装置を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0007

この目的を達成するため、この発明においては、空間光変調素子において、透明電極が形成された第1の透明基板と、透明電極および光導電膜が形成された第2の透明基板との間に、複屈折性材料複屈折性を示さない非複屈折性材料との多層構造からなる複合体を挾持する。

0008

また、光学装置において、上記の空間光変調素子と映像装置光源とで構成し、上記映像装置からの光映像情報を上記空間光変調素子に投映することにより上記空間光変調素子に照射されている上記光源からの光を変調する。

0009

この空間光変調素子、光学装置においては、偏光板が不要で全偏光の特定波長帯の光の反射、透過を制御することができる。

0010

(空間光変調素子)図1はこの発明に係る空間光変調素子を示す概略断面図である。図に示すように、例えばITOからなる透明電極103、104が形成された例えばガラス高分子材料からなる第1、第2の透明基板101、102の間に、電界によって屈折率が変化する複屈折性材料である液晶と複屈折性を示さない非複屈折性材料である高分子材料との多層構造からなり、特定波長帯の光を反射しかつ電気的に反射強度を制御できる複合体105と、例えば顔料を分散した高分子材料からなる遮光膜106と、例えばBSOからなる光導電膜107とが挾持され、透明電極103、104に電圧印加のための電源108が接続されている。なお、複合体105の構造の概略を図4(a)、(c)に示す。いずれも液晶401と高分子材料402とが素子面に対して平行に配置してあり、垂直入射された光を垂直方向に反射する。また、図4(a)に示した複合体は液晶401と高分子材料402との周期構造が一定で、比較的狭い波長帯域を反射するものであり、図4(c)に示した複合体は液晶401と高分子材料402との周期構造が複数の周期を有し、広い波長帯域を反射する。

0011

この空間光変調素子においては、書込光109を照射すると、書込光109の像情報のパタンに対応して光導電膜107の抵抗が変化し、そのパタンで複合体105に電圧が印加される。この結果、読出光110は複合体105で変調され、変調された読出光111が出力される。なお、変調されない光は遮光膜106で吸収される。

0012

このような空間光変調素子においては、偏光板が不要で全偏光の特定波長帯の光の反射、透過を制御できるから、光利用効率を高くすることができる。

0013

図2はこの発明に係る他の空間光変調素子を示す概略断面図である。図に示すように、例えばITOからなる透明電極203、204が形成された例えばガラス、高分子材料からなる第1、第2の透明基板201、202の間に、液晶と高分子材料との多層構造からなり、特定波長帯の光を反射しかつ電気的に反射強度を制御できる複合体205と、光を反射するミラー206と、例えば顔料を分散した高分子材料からなる遮光膜207と、例えばBSOからなる光導電膜208とが挾持され、透明電極203、204に電圧印加のための電源209が接続されている。なお、複合体205の構造の概略を図4(b)、(d)に示す。複合体205は図1に示した空間光変調素子で使用した複合体105とは異なり、液晶401、高分子材料402を素子面に対して傾斜して配置し、垂直入射された光を斜め方向に反射するようにしてある。また、図4(b)に示した複合体は液晶401と高分子材料402との周期構造が一定で、比較的狭い波長帯域を反射するもので、図4(d)に示した複合体は液晶401と高分子材料402との周期構造が複数の周期を有し、広い波長帯域を反射する。

0014

この空間光変調素子においては、書込光210を照射すると、図1に示した空間光変調素子と同様に、書込光210の像情報のパタンに対応して光導電膜208の抵抗が変化し、そのパタンで複合体205に電圧が印加される。この結果、斜めから入射された読出光211は複合体205で変調され、読出光212として出力される。また、複合体205で反射されない読出光213は素子の内部で吸収されずにミラー206で反射されるから、空間光変調素子の内部での光吸収による不要な加熱を防止することができる。

0015

図3はこの発明に係る他の空間光変調素子を示す概略断面図である。図に示すように、例えばITOからなる透明電極303、304が形成された例えばガラス、高分子材料からなる第1、第2の透明基板301、302の間に、液晶と高分子材料との多層構造からなり、特定波長帯の光を反射しかつ電気的に反射強度を制御できる複合体305と、光を反射しかつ遮光膜としての機能をも有するミラー306と、例えばBSOからなる光導電膜308とが挾持され、透明電極303、304に電圧印加のための電源309が接続されている。なお、複合体305は図4(b)、(d)に示す構造を有する。

0016

この空間光変調素子においては、図2に示した空間光変調素子と同様に、書込光310の像情報のパタンに対応して光導電膜308の抵抗が変化し、そのパタンで複合体305に電圧が印加され、読出光311が複合体305により書込光310の像情報のパタンで変調され、読出光312として出力される。また、複合体305で反射されない読出光313は素子の内部で吸収されずにミラー306で反射されるから、空間光変調素子の内部での光吸収による不要な加熱を防止することができ、しかもミラー306は遮光膜としての機能をも有するから、構成を簡略化することができる。

0017

なお、上述実施例においては、図4に示したように、液晶401と高分子材料402とが完全に層状に分離した例を示しているが、図5に示すように、ドロップレット状の液晶501が高分子材料502中に配置され、屈折率分布が層状に形成されていてもよい。すなわち、液晶と高分子材料とによる屈折率変化が周期的に形成されていれば、特定波長の光を反射できる。

0018

また、この発明に係る空間光変調素子に使用する液晶と高分子材料との多層構造からなる複合体はレーザー光干渉パタンを用いて容易に作製することができる。

0019

図6図1に示したような空間光変調素子の形成方法の概略説明図である。まず、図6(a)に示すように、例えばITOからなる透明電極602が形成されたガラス基板601上にネマティック液晶メルク社製E−7)と光硬化性樹脂アーデル社製ラックストラックLCR509A)との混合液603を塗布する。つぎに、図6(b)に示すように、例えば波長488nmのアルゴンレーザー光604、605を照射する。このとき、レーザー光604、605が干渉し、混合液603の内部に光の干渉パタン606が生じる。この干渉パタン606に対応して光硬化性樹脂が硬化し、図6(c)に示すように、液晶607と高分子材料608とからなる多層構造が形成される。つぎに、図6(d)に示すように、例えば顔料を分散した高分子材料からなる遮光膜609、例えばBSOからなる光導電膜610、例えばITOからなる透明電極611が形成されたガラス基板612を貼り付ける。

0020

このように形成した空間光変調素子においては、垂直方向から入射した白色光のうち波長488nm付近の光を強く反射し、書込光により読出光を変調することができる。

0021

なお、上述実施例においては、図1に示したような空間光変調素子について述べたが、図6(d)に示す段階でミラー、遮光膜、光導電膜、透明電極が形成されたガラス基板を貼り付れば、図2に示したような空間光変調素子を形成することができる。また、図6(d)に示す段階でミラー、光導電膜、透明電極が形成されたガラス基板を貼付れば、図3に示したような空間光変調素子を形成することができる。

0022

また、上述実施例においては、非複屈折性材料である高分子材料の原料としてアーデル社製ラックストラックLCR509Aの硬化生成物を用い、液晶にメルク社製E−7を使用したが、それに限ることはなく、液晶の常光および異常光に対する屈折率と高分子材料の屈折率が異なる液晶と高分子材料とを使用すればよい。

0023

また、上述実施例においては、複屈折性材料としてネマティック液晶を用いたが、その限りでなく、複屈折性材料として高分子液晶強誘電性液晶などを使用してもよい。

0024

また、上述実施例においては、液晶と高分子材料とが層状に分離した例を示してあるが、このように層状に分離していることが本質でなく、複屈折性材料と非複屈折性材料とにより周期的に屈折率変調されている構造であればよい。

0025

また、上述実施例においては、空間光変調素子の形成において波長488nmのアルゴンイオンレーザー光604、605のみを使用したが、これに限ることはなく、光の干渉が起きる光源を複数用いてもよく、例えば赤色の波長を有するヘリウムネオンレーザー光を同時に照射した場合、赤色の光を反射する液晶と高分子材料との多層構造も同時に作製できる。

0026

さらに、上述実施例においては、液晶と高分子材料との周期構造を透明基板面に平行に形成したが、レーザー光の干渉パタンの向き、形状を変えることにより、種々の方向へ光を反射する周期構造を形成することができる。例えば、図7に示すように、レーザー光702、703の照射角度θ1、試料701の傾斜角度θ2を変えることにより、周期構造の周期d、周期構造の傾きを容易に制御することができる。

0027

(光学装置)図8図9はこの発明に係る空間光変調素子を用いた投射ディスプレイを示す概略図である。図に示すように、この投射形ディスプレイは、空間光変調素子801a、801b、書込光用レンズ802、書込光を発生する映像装置803、読出光用の光源804、投射レンズ805を有している。そして、図8に示した投射形ディスプレイの空間光変調素子801aは素子面での反射と同様な方向に変調光を反射する空間光変調素子例えば図1に示した空間光変調素子であり、図9に示した投射形ディスプレイの空間光変調素子801bは素子面での反射とは異なる方向に変調光を反射する空間光変調素子例えば図2図3に示した空間光変調素子である。

0028

この投射形ディスプレイにおいては、映像装置803からの書込光により光源804からの全偏光の読出光が変調され、特定波長帯の光が投射レンズ805を介して、スクリーン(図示せず)に投射される。このため、特定波長帯の光による明るい投射像を得ることができる。

0029

図10はこの発明に係る空間光変調素子を用いたカラー投射形ディスプレイを示す概略図、図11図10に示したカラー投射形ディスプレイの一部を示す図である。図に示すように、この投射形ディスプレイは、光変調器901、白色光源902、赤光反射ダイクロイックミラー903、緑光反射ダイクロイックミラー904、青光反射ダイクロイックミラー905、投射用のスクリーン910を有しており、光変調器901は図1に示したような空間光変調素子908、書込光用レンズ907、書込光を発生する映像装置906、投射レンズ909を有している。

0030

このカラー投射形ディスプレイにおいては、読出光を発生する白色光源902からの光が赤光反射ダイクロイックミラー903、緑光反射ダイクロイックミラー904、青光反射ダイクロイックミラー905で赤光、緑光、青光に分割され、赤光、緑光、青光用の光変調器901に入力され、入力された光はそれぞれの光変調器901において変調され、投射スクリーン906に投射され、カラー像が得られる。

0031

図12はこの発明に係る空間光変調素子を用いた他のカラー投射形ディスプレイを示す概略図、図13図12に示したカラー投射形ディスプレイの一部を示す図である。図に示すように、この投射形ディスプレイは、光変調器1001、読出光を発生する白色光源1002、スクリーン1003を有しており、光変調器1001は図2図3に示したような空間光変調素子1101R、1101G、1101B、書込光用レンズ1102、書込光を発生する映像装置1103、投射レンズ1105、ミラー1106、光吸収体1107を有している。

0032

このカラー投射形ディスプレイにおいては、白色光源1002からの白色光を赤光に作用する空間光変調素子1101Rに入力し、変調光を得る。また、残りの光をミラー1106を介して緑光に作用する空間光変調素子1101Gに入力し、変調光を得る。さらに、残りの光をミラー1106を介して青光に作用する空間光変調素子1101Bに入力し、変調光を得る。最終的に残った光は光吸収体1107で吸収される。変調された赤光、緑光、青光はスクリーン1003上で混合するか、途中の光路上で混合することにより、カラー像を得ることができる。

0033

このようなカラー投射形ディスプレイにおいては、ダイクロイックミラー枚数を削減できるから、装置構成を簡単にすることができる。

0034

なお、上述実施例においては、基本的な光学系で構成したが、従来用いられている種々の光学系を用いてもよく、この発明の特徴は図1等に示した空間光変調素子を用いたことにある。

0035

また、上述実施例においては、赤光、緑光、青光を反射する3種類の空間光変調素子を使用し、フルカラー表示を得るカラー投射形ディスプレイとしたが、マルチカラー表示においては、この構成に限らず、異なる波長帯の光を反射する2種類以上の空間光変調素子を使用すればよい。

0036

また、上述実施例においては、投射形ディスプレイについて説明したが、例えば光スイッチ等の光学装置にもこの発明を適用可能である。

0037

また、図12図13に示した実施例においては、最終的に残った光を光吸収体1107で吸収したが、最終的に残った光をミラーで再び白色光源1002側に戻してもよい。

発明の効果

0038

以上説明したように、この発明に係る空間光変調素子、光学装置においては、偏光板が不要で全偏光の特定波長帯の光の反射、透過を制御することができるから、光利用効率を高くすることができる。このように、この発明の効果は顕著である。

図面の簡単な説明

0039

図1この発明に係る空間光変調素子を示す概略断面図である。
図2この発明に係る他の空間光変調素子を示す概略断面図である。
図3この発明に係る他の空間光変調素子を示す概略断面図である。
図4液晶と高分子材料との多層構造からなる複合体を示す断面図である。
図5液晶と高分子材料との多層構造からなる複合体を示す断面図である。
図6この発明に係る空間光変調素子の形成方法の概略説明図である。
図7この発明に係る空間光変調素子の形成方法の概略説明図である。
図8この発明に係る空間光変調素子を用いた投射形ディスプレイを示す概略図である。
図9この発明に係る空間光変調素子を用いた他の投射形ディスプレイを示す概略図である。
図10この発明に係る空間光変調素子を用いたカラー投射形ディスプレイを示す概略図である。
図11図10に示したカラー投射形ディスプレイの一部を示す図である。
図12この発明に係る空間光変調素子を用いた他のカラー投射形ディスプレイを示す概略図である。
図13図12に示したカラー投射形ディスプレイの一部を示す図である。
図14従来の空間光変調素子を示す概略断面図である。

--

0040

101、102…透明基板
103、104…透明電極
105…複合体
107…光導電膜
201、202…透明基板
203、204…透明電極
205…複合体
208…光導電膜
301、302…透明基板
303、304…透明電極
305…複合体
308…光導電膜
801a、801b…空間光変調素子
803…映像装置
804…光源
901…光変調器
902…白色光源
906…映像装置
908…空間光変調素子
1001…光変調器
1002…白色光源
1103…映像装置

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