DE112018004029T5

DE112018004029T5 - Phasenmodulationsvorrichtung, beleuchtungsvorrichtung und projektor

Info

Publication number: DE112018004029T5
Application number: DE112018004029.1T
Authority: DE
Inventors: Masa Tanaka; Takahiro Mochizuki; Osamu Akimoto; Masahiro Ueshima; Toshihiko Mochida; Toshihiko Orii; Takayuki Ishida
Original assignee: Sony Corp; Sony Semiconductor Solutions Corp
Current assignee: Sony Corp; Sony Semiconductor Solutions Corp
Priority date: 2017-08-07
Filing date: 2018-07-19
Publication date: 2020-05-28
Also published as: CN110998418B; CN110998418A; WO2019031187A1; JP7145158B2; US11258994B2; JPWO2019031187A1; US20210136335A1

Abstract

Der Zweck der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Phasenmodulationsvorrichtung, eine Beleuchtungsvorrichtung und einen Projektor bereitzustellen, bei denen es möglich ist, die Beugungseffizienz eines optischen Phasenmodulationselements zu verbessern. Eine Phasenmodulationsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst zum Beispiel ein optisches Phasenmodulationselement, das eine Vielzahl von Pixeln (10) aufweist und das die Phase von Licht auf Pixelbasis moduliert, wobei die Vielzahl von Pixeln (10) mit wechselseitig unterschiedlichen Pixelpitches p angeordnet ist, um eine Pixelstruktur zu bilden, die das Erzeugen von Beugungsstrahlen hoher Ordnung unterdrückt. Außerdem umfasst die Phasenmodulationsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung optische Erfassungssysteme (91, 92, 93, 310), die eine Vielzahl von Beugungsstrahlen hoher Ordnung, die an den einzelnen Pixeln erzeugt werden, erfassen.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung betrifft einen Phasenmodulator, der eine Phase von Licht moduliert. Die vorliegende Offenbarung betrifft außerdem ein Beleuchtungssystem, das ein Beleuchtungslicht unter Verwendung eines Lichtphasenmodulationselements erzeugt, sowie einen Projektor, der ein Bild auf der Grundlage des Beleuchtungslichts projiziert.
Es ist ein an sich bekanntes Lichtphasenmodulationselement vorhanden, das ein gewünschtes Wiedergabebild durch Modulieren einer Phase von Licht erzielt. Das Lichtphasenmodulationselement umfasst zum Beispiel einen räumlichen Lichtmodulator (Spatial, Light, Modulator, SLM), wie z.B. eine Flüssigkristallplatte. Ein Anwendungsbeispiel eines solchen Lichtphasenmodulationselements stellt eine Technologie zum Erzeugen eines Wiedergabebildes dar, das gemäß dem Bild phasenmoduliert wird, indem das Lichtphasenmodulationselement in einem Beleuchtungssystem verwendet wird und das Wiedergabebild als Beleuchtungslicht eines Lichtintensitätsmodulationselements für eine Bildanzeige verwendet wird. Des Weiteren wird das Lichtphasenmodulationselement für eine Holographie-Technologie und dergleichen verwendet. Das Lichtphasenmodulationselement wird außerdem für Technologien, wie z.B. einen optischen Schalter, einen optischen Computer und dergleichen, verwendet.
Auflistung von Entgegenhaltungen
Patentliteratur

PTL 1: Ungeprüfte japanische Patentanmeldungs-Veröffentlichung (veröffentliche japanische Übersetzung der PCT-Anmeldung) Nr. 2009-524845
PTL 2: Ungeprüfte japanische Patentanmeldungs-Veröffentlichung (veröffentliche japanische Übersetzung der PCT-Anmeldung) Nr. 2011-507022
PTL 3: Japanische ungeprüfte Patentanmeldung Veröffentlichungs-Nr. 2014-206710

Kurzdarstellung der Erfindung
Bei dem Lichtphasenmodulationselement wird ein von einer Struktur eines Pixels herrührendes Beugungslicht hoher Ordnung erzeugt, was eine Beugungseffizienz reduzieren kann.
Es ist wünschenswert, einen Phasenmodulator, ein Beleuchtungssystem und einen Projektor bereitzustellen, die eine Verbesserung einer Beugungseffizienz in einem Lichtphasenmodulationselement ermöglichen.
Ein erster Phasenmodulator gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung umfasst ein Lichtphasenmodulationselement, das eine Vielzahl von Pixeln mit einer Pixelstruktur aufweist, die ein Auftreten eines Beugungslichts hoher Ordnung unterdrückt und die eine Phase von Licht in Bezug auf jedes Pixel moduliert.
Ein erstes Beleuchtungssystem gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung umfasst eine Lichtquelle und ein Lichtphasenmodulationselement, das eine Vielzahl von Pixeln mit einer Pixelstruktur aufweist, die ein Auftreten eines Beugungslichts hoher Ordnung unterdrückt und die eine Phase von Licht von der Lichtquelle in Bezug auf jedes der Pixel moduliert.
Ein erster Projektor gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung umfasst ein Beleuchtungssystem und ein Lichtintensitätsmodulationselement, das ein Projektionsbild erzeugt, indem eine Intensität eines Beleuchtungslichts vom Beleuchtungssystem moduliert wird, wobei das Beleuchtungssystem eine Lichtquelle und ein Lichtphasenmodulationselement umfasst, das eine Vielzahl von Pixeln mit einer Pixelstruktur aufweist, die ein Auftreten eines Beugungslichts hoher Ordnung unterdrückt und die eine Phase von Licht von der Lichtquelle in Bezug auf jedes der Pixel moduliert.
Der erste Phasenmodulator, das erste Beleuchtungssystem oder der erste Projektor gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ermöglichen ein Unterdrücken eines Auftretens des Beugungslichts hoher Ordnung, das von der Struktur der Pixel herrührt.
Ein zweiter Phasenmodulator gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung umfasst ein Lichtphasenmodulationselement, dass eine Vielzahl von Pixeln aufweist und das eine Phase von Licht in Bezug auf jedes Pixel moduliert, und ein optisches Erfassungssystem, das eine Vielzahl von Flüssen von Beugungslicht hoher Ordnung erfasst, die in jedem der Pixel erzeugt werden.
Ein zweites Beleuchtungssystem gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung umfasst eine Lichtquelle, ein Lichtphasenmodulationselement, das eine Vielzahl von Pixeln aufweist und das eine Phase von Licht von der Lichtquelle in Bezug auf jedes der Pixel moduliert, und ein optisches Erfassungssystem, das eine Vielzahl von Flüssen von Beugungslicht hoher Ordnung erfasst, die in jedem der Pixel erzeugt werden.
Ein zweiter Projektor gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung umfasst ein Beleuchtungssystem und ein Lichtintensitätsmodulationselement, das ein Projektionsbild erzeugt, indem eine Intensität eines Beleuchtungslichts vom Beleuchtungssystem moduliert wird, wobei das Beleuchtungssystem eine Lichtquelle und ein Lichtphasenmodulationselement umfasst, das eine Vielzahl von Pixeln mit einer Pixelstruktur aufweist, die ein Auftreten von Beugungslicht hoher Ordnung unterdrückt und die eine Phase von Licht von der Lichtquelle in Bezug auf jedes Pixel moduliert.
Der zweite Phasenmodulator, das zweite Beleuchtungssystem oder der zweite Projektor gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ermöglichen es, dass die Vielzahl von Flüssen von Beugungslicht hoher Ordnung, die in jedem Pixel des Lichtphasenmodulationselements erzeugt werden, durch das optische Erfassungssystem erfasst wird.
Da die Pixelstruktur des Lichtphasenmodulationselements gefertigt ist, um ein Auftreten des Beugungslichts hoher Ordnung zu unterdrücken, ist es gemäß dem ersten Phasenmodulator, dem ersten Beleuchtungssystem oder dem ersten Projektor gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung möglich, eine Beugungseffizienz im Lichtphasenmodulationselement zu verbessern.
Da die Vielzahl von Flüssen von Beugungslicht hoher Ordnung, die in jedem Pixel des Lichtphasenmodulationselements erzeugt werden, durch das optische Erfassungssystem erfasst wird, ist es gemäß dem zweiten Phasenmodulator, dem zweiten Beleuchtungssystem oder dem zweiten Projektor gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung möglich, eine Beugungseffizienz im Lichtphasenmodulationselement zu verbessern.
Es ist zu beachten, dass die hier beschriebenen Wirkungen nicht notwendigerweise beschränkend sind, und es können beliebige hier dargelegte Wirkungen vorhanden sein.
Figurenliste

[1] 1 ist eine schematische Draufsicht auf ein Beispiel eines Lichtphasenmodulationselements gemäß einem Vergleichsbeispiel.
[2] 2 ist eine Erläuterungszeichnung, die ein Beispiel einer Beziehung zwischen einer Pixelposition und einem Phasenmodulationsbetrag des Lichtphasenmodulationselements gemäß dem Vergleichsbeispiel veranschaulicht.
[3] 3 ist eine Querschnittsansicht einer Beispielausgestaltung des Lichtphasenmodulationselements gemäß dem Vergleichsbeispiel.
[4] 4 ist ein Blockdiagramm, das eine Beispielschaltungsausgestaltung eines Phasenmodulators gemäß dem Vergleichsbeispiel darstellt.
[5] 5 ist eine Erläuterungszeichnung, das ein Auftreten eines Beugungslichts hoher Ordnung darstellt, das im Lichtphasenmodulationselement gemäß dem Vergleichsbeispiel erzeugt wird.
[6] 6 ist eine Erläuterungszeichnung, die eine Pixelstruktur des Lichtphasenmodulationselements gemäß dem Vergleichsbeispiel darstellt.
[7] 6 ist eine Erläuterungszeichnung, die ein Beugungsphänomen in einem Fall darstellt, in dem die Pixelstruktur des Lichtphasenmodulationselements gemäß dem Vergleichsbeispiel nicht berücksichtigt wird.
[8] 8 ist eine Erläuterungszeichnung, die ein Beugungsphänomen in einem Fall darstellt, in dem die Pixelstruktur des Lichtphasenmodulationselements gemäß dem Vergleichsbeispiel berücksichtigt wird.
[9] 9 ist eine Erläuterungszeichnung, die eine Beispielausgestaltung eines Lichtphasenmodulationselements in einem Phasenmodulator gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt.
[10] 10 ist eine Erläuterungszeichnung, die eine Pixelstruktur des Lichtphasenmodulationselements im Phasenmodulator gemäß der ersten Ausführungsform darstellt.
[11] 11 ist eine Querschnittsansicht eines Beispiels für eine Pixelstruktur eines Lichtphasenmodulationselements in einem Phasenmodulator gemäß einer zweiten Ausführungsform.
[12] 12 ist eine Draufsicht auf ein Beispiel der Pixelstruktur des Lichtphasenmodulationselements gemäß dem Vergleichsbeispiel.
[13] 13 ist eine Draufsicht auf ein erstes Beispiel einer Pixelstruktur eines Lichtphasenmodulationselements in einem Phasenmodulator gemäß der zweiten Ausführungsform.
[14] 14 ist eine Draufsicht auf ein zweites Beispiel der Pixelstruktur des Lichtphasenmodulationselements im Phasenmodulator gemäß der zweiten Ausführungsform.
[15] 15 ist eine Draufsicht auf ein drittes Beispiel der Pixelstruktur des Lichtphasenmodulationselements im Phasenmodulator gemäß der zweiten Ausführungsform.
[16] 16 ist eine Erläuterungszeichnung, die ein Beispiel für die Pixelstruktur des Lichtphasenmodulationselements im Phasenmodulator gemäß der zweiten Ausführungsform und ein Beugungsmuster, das von der Pixel struktur herrührt, darstellt.
[17] 17 ist eine Draufsicht auf ein viertes Beispiel der Pixelstruktur des Lichtphasenmodulationselements im Phasenmodulator gemäß der zweiten Ausführungsform.
[18] 18 eine Querschnittsansicht einer ersten Beispielausgestaltung eines Phasenmodulators gemäß einer dritten Ausführungsform.
[19] 19 eine Querschnittsansicht einer zweiten Beispielausgestaltung des Phasenmodulators gemäß der dritten Ausführungsform.
[20] 20 eine Querschnittsansicht einer dritten Beispielausgestaltung des Phasenmodulators gemäß der dritten Ausführungsform.
[21] 21 ist ein Ausgestaltungsdiagramm, das ein erstes Anwendungsbeispiel zeigt, in dem das Lichtphasenmodulationselement auf einen Projektor angewendet wird.
[22] 22 ist ein Ausgestaltungsdiagramm, das ein zweites Anwendungsbeispiel zeigt, in dem das Lichtphasenmodulationselement auf den Projektor angewendet wird.
[23] 23 ist eine Erläuterungszeichnung, die ein Anwendungsbeispiel zeigt, in dem das Lichtphasenmodulationselement auf verschiedene optische Elemente angewendet wird.
[24] 24 ist eine Querschnittsansicht eines Beispiels eines geblazeten Beugungsgitters.
[25] 25 ist eine Erläuterungszeichnung, die ein Anwendungsbeispiel zeigt, in dem das Lichtphasenmodulationselement auf das geblazete Beugungsgitter angewendet wird.
[26] 26 ist eine Erläuterungszeichnung, die ein Anwendungsbeispiel zeigt, in dem das Lichtphasenmodulationselement auf einen optischen Schalter angewendet wird.
[27] 27 ist eine Erläuterungszeichnung, die ein Anwendungsbeispiel zeigt, in dem das Lichtphasenmodulationselement auf einen optischen Computer angewendet wird.

Wege zur Ausführung der Erfindung
Nachstehend werden Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung ausführlich unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es ist zu beachten, dass die Beschreibung in der folgenden Reihenfolge vorgenommen wird.

1. Erste Ausführungsform (1 bis 10)
- 1.1. Überblick über einen Phasenmodulator gemäß einem Vergleichsbeispiel
- 1.2. Problem mit dem Phasenmodulator gemäß dem Vergleichsbeispiel und eine Ausgestaltung zur Lösung des Problems
- 1.3. Wirkungen
2. Zweite Ausführungsform (11 bis 17)
- 2.1 Ausgestaltung
- 2.2. Wirkungen
3. Dritte Ausführungsform (18 bis 20)
- 3.1 Ausgestaltung
- 3.2. Wirkungen
4. Vierte Ausführungsform (Anwendungsbeispiel des Lichtphasenmodulationselements) (21 bis 27)
- 4.1 Beispiel für eine Anwendung auf einen Projektor
- 4.2 Beispiel für eine Anwendung auf verschiedene optische Elemente
- 4.3 Beispiel für eine Anwendung auf einen optischen Schalter
- 4.4 Beispiel für eine Anwendung auf einen optischen Computer
5. Andere Ausführungsformen

<Erste Ausführungsform>
[Überblick über einen Phasenmodulator gemäß einem Vergleichsbeispiel]
1 zeigt schematisch ein Beispiel eines Lichtphasenmodulationselements 101, das auf einen Phasenmodulator gemäß einem Vergleichsbeispiel angewendet wird. 2 zeigt ein Beispiel einer Beziehung zwischen einer Pixelposition und einem Phasenmodulationsbetrag des Lichtphasenmodulationselements 101. 3 zeigt ein Beispiel für eine Querschnittsausgestaltung des Lichtphasenmodulationselements 101.
Das Lichtphasenmodulationselement 101 weist eine Vielzahl von Pixeln 10 auf, die in einer ersten Richtung (z.B. horizontalen (seitlichen) Richtung) und einer zweiten Richtung (z.B. vertikalen (länglichen) Richtung) in einer Matrix angeordnet sind. Im Lichtphasenmodulationselement 101 ist es möglich, die Pixel 10 als ein Beugungsgitter zu verwenden, indem eine Phase von Licht von der Lichtquelle in Bezug auf jedes Pixel 10 moduliert wird. Zum Beispiel ist es, wie in 2 dargestellt, möglich, ein geblazetes Beugungsgitter zu gestalten. In 2 zeigt eine horizontale Achse die Pixelposition an, und eine vertikale Achse gibt den Phasenmodulationsbetrag an. Der Modulationsbetrag der Phase liegt zum Beispiel in einem Bereich von 0 bis 2π.
Das Lichtphasenmodulationselement 101 umfasst zum Beispiel eine Phasenmodulations-Flüssigkristallplatte. Das Lichtphasenmodulationselement 101 kann eine digitale Spiegelvorrichtung (Digital Mirror Device, DMD) umfassen.
3 zeigt ein Beispiel des Lichtphasenmodulationselements 101, das die Phasenmodulations-Flüssigkristallplatte umfasst. Das Lichtphasenmodulationselement 101 umfasst zum Beispiel ein erstes Glassubstrat 2 und ein zweites Glassubstrat 3, die einander gegenüber angeordnet sind. Eine Flüssigkristallschicht 13, die Flüssigkristallmoleküle 14 enthält, wird durch ein nicht dargestelltes Versiegelungselement zwischen dem ersten Glassubstrat 2 und dem zweiten Glassubstrat 3 versiegelt.
Das erste Glassubstrat 2 wird mit einer Gegenelektrode (gemeinsame Elektrode) 4 versehen. Das zweite Glassubstrat 3 wird mit einer Vielzahl von Pixelelektroden 11 versehen. 3 zeigt als ein Beispiel für die Vielzahl von Pixelelektroden 11 lediglich zwei benachbarte Pixelelektroden.
An die Gegenelektrode 4 wird eine gemeinsame Spannung (z.B. 0 [V]) angelegt, die für die Vielzahl von Pixelelektroden 11 gemeinsam ist. An die Vielzahl von Pixelelektroden 11 wird eine anliegende Spannung (z.B. V1 [V]) gemäß einem Eingangssignal angelegt. Der Phasenmodulationsbetrag jedes Pixels 10 im Lichtphasenmodulationselement 101 ändert sich in Abhängigkeit von der angelegten Spannung.
Das Lichtphasenmodulationselement 101 kann eine reflektierende Phasenmodulations-Flüssigkristallplatte oder eine transmittierende Phasenmodulations-Flüssigkristallplatte sein. Im Fall der reflektierenden Phasenmodulations-Flüssigkristallplatte umfasst die Gegenelektrode 4 eine transparente Elektrode, die Licht transmittiert, und die Pixelelektrode 11 umfasst eine reflektierende Elektrode, die Licht reflektiert. Im Fall der transmittierenden Phasenmodulations-Flüssigkristallplatte umfasst sowohl die Gegenelektrode 4 als auch die Pixelelektrode 11 die transparente Elektrode, die Licht transmittiert.
Ein solches Lichtphasenmodulationselement 101 wird als ein Abschnitt des Beleuchtungssystems verwendet, das zum Beispiel Beleuchtungslicht an das Lichtphasenmodulationselement in einem Projektor erzeugt. Des Weiteren wird das Lichtphasenmodulationselement 101 auch in einer Holographie-Technologie oder dergleichen verwendet. Außerdem wird das Lichtphasenmodulationselement 101 auch in Technologien, wie z.B. einem optischen Schalter und einem optischen Computer, verwendet.
4 zeigt ein Beispiel für eine Schaltungsausgestaltung eines Phasenmodulators gemäß dem Vergleichsbeispiel.
Der Phasenmodulator umfasst das Lichtphasenmodulationselement 101, das die Phase von Licht von einer Lichtquelle 50 moduliert, eine Phasenverteilungsrechenschaltung 51 und eine Phasenmodulationselement-Treiberschaltung 52.
Die Phasenverteilungsrechenschaltung 51 ist eine Phasenverteilungsrecheneinheit, die Zielphasenverteilungsdaten (Phasenmodulationssignal) auf der Grundlage eines Eingangssignals erzeugt. Die Zielphasenverteilungsdaten sind Daten, die eine Phasenverteilung aufweisen, die es ermöglicht, ein angestrebtes Wiedergabebild 60 (Zielwiedergabebild) durch das Lichtphasenmodulationselement 101 wiederzugeben.
Hierbei ist zum Beispiel in einem Fall, in dem das Lichtphasenmodulationselement 101 als ein Abschnitt des Beleuchtungssystems im Projektor verwendet wird, das Eingangssignal zum Beispiel ein Bildsignal. In diesem Fall ist das Wiedergabebild 60 ein Beleuchtungsbild, das ein beleuchtetes Objekt 5 beleuchtet. Das beleuchtete Objekt 5 ist zum Beispiel ein Lichtintensitätsmodulationselement im Projektor, wie z.B. eine Intensitätsmodulations-Flüssigkristallplatte. In diesem Fall sind die Zielphasenverteilungsdaten Daten, die ein Phasenverteilungsmuster aufweisen, welches es ermöglicht, ein Beleuchtungsbild mit einer Leuchtdichteverteilung, die dem durch den Projektor anzuzeigenden Bild entspricht, zu erzeugen.
Die Beugungselement-Treiberschaltung 52 erzeugt eine anliegende Spannung (Treiberspannung) auf der Grundlage der Zielphasenverteilungsdaten, die durch die Phasenverteilungsrechenschaltung 51 erzeugt werden, und steuert das Lichtphasenmodulationselement 101 an, um jedes Pixel 10 in die angestrebte Phasenverteilung zu bringen.
Das Lichtphasenmodulationselement 101 moduliert die Phase von Licht von der Lichtquelle 50 auf der Grundlage der anliegenden Spannung, die durch die Beugungselement-Treiberschaltung 52 gegeben wird.
[Problem mit dem Phasenmodulator gemäß dem Vergleichsbeispiel und eine Ausgestaltung zur Lösung des Problems]
Als Nächstes werden ein Problem mit dem Phasenmodulator gemäß dem Vergleichsbeispiel und eine Ausgestaltung eines Phasenmodulators gemäß einer ersten Ausführungsform zur Lösung des Problems beschrieben. Es ist zu beachten, dass Komponenten, die jenen des Phasenmodulators gemäß dem Vergleichsbeispiels ähnlich sind, nachstehend mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet sind, und Beschreibungen davon gegebenenfalls weggelassen werden.
5 ist eine Erläuterungszeichnung, die ein Auftreten von Beugungslicht hoher Ordnung darstellt, das im Lichtphasenmodulationselement 101 gemäß dem Vergleichsbeispiel erzeugt wird.
Im Lichtphasenmodulationselement 101 gemäß dem Vergleichsbeispiel ist die Vielzahl von Pixeln 10 in regelmäßigen Intervallen (bei konstanten Perioden) mit demselben Pixelpitch (Pixelpitch) p in der seitlichen Richtung und der Längsrichtung angeordnet. Daher wird im Lichtphasenmodulationselement 101 gemäß dem Vergleichsbeispiel, wie in 5 dargestellt, bei der Annahme des Pixelpitches p, eines Beugungswinkels θ und einer Wellenlänge des Einfallslichts λ, das Beugungslicht hoher Ordnung bei den durch den folgenden Ausdruck berechneten Perioden auf einer Wiedergabefläche (Fouriertransformierte Fläche) zusätzlich zum Licht 0-ter Ordnung erzeugt. Das Beugungslicht hoher Ordnung verursacht eine Reduzierung einer Beugungseffizienz im Lichtphasenmodulationselement 101. $Sin θ = λ / p$
6 ist eine Erläuterungszeichnung, die eine Pixelstruktur des Lichtphasenmodulationselements 101 gemäß dem Vergleichsbeispiel darstellt.
Die Pixelstruktur für das Lichtphasenmodulationselement 101 gemäß dem Vergleichsbeispiel wird durch eine Kammfunktion comb(x) repräsentiert, wie in 6 dargestellt. Außerdem wird eine durch eine Fourier-Transformation der Kammfunktion comb(x) erzielte Funktion durch eine Kammfunktion comb(u) repräsentiert.
6 ist eine Erläuterungszeichnung, die ein Beugungsphänomen in einem Fall darstellt, in dem die Pixelstruktur des Lichtphasenmodulationselements 101 gemäß dem Vergleichsbeispiel nicht berücksichtigt wird.
Wie in 7 dargestellt, wird, wenn die Pixelstruktur nicht berücksichtigt wird, das Wiedergabebild (Beugungsbild) G(µ,v) durch eine Phasenverteilung g(x,y) im Lichtphasenmodulationselement 101 durch eine Funktion FT[g(x,y)] repräsentiert, die durch eine Fourier-Transformation der Phasenverteilung g(x,y) erzielt wird. Des Weiteren beträgt bei einer Annahme einer Ausbreitungsdistanz vom Lichtphasenmodulationselement 101 zur Wiedergabefläche von L, ein Bereich D, in dem sich ein Bild durch Beugung des Lichtphasenmodulationselements 101 bilden kann, L(λ/2p).
8 ist eine Erläuterungszeichnung, die ein Beugungsphänomen in einem Fall darstellt, in dem die Pixelstruktur des Lichtphasenmodulationselements 101 gemäß dem Vergleichsbeispiel berücksichtigt wird.
Wie in 8 dargestellt, wird bei Berücksichtigung der Pixelstruktur eine Verteilungsfunktion des Lichtphasenmodulationselements 101 durch ein Produkt der Phasenverteilung g(x,y) und einer Kammfunktion comb(x/p)·comb(y/p) repräsentiert, die die Pixelstruktur anzeigt, wie durch Ausdruck (1) in 8 angegeben. Das Wiedergabebild (Beugungsbild) Ga(µ,v) wird in diesem Fall durch eine Faltungsfunktion der Funktion FT[g(x,y)], die durch eine Fourier-Transformation der Phasenverteilung g(x,y) erzielt wird, und der Funktion FT[comb(x/p)•comb(y/p)], die durch eine Fourier-Transformation der Kammfunktion comb erzielt wird, die die Pixelstruktur anzeigt, repräsentiert, wie durch Ausdruck (2) in 8 angegeben. Des Weiteren beträgt eine Periode T des Beugungslichts hoher Ordnung, das durch eine Beugung der Pixelstruktur erzeugt wird, L(λ/p).
9 ist eine Erläuterungszeichnung, die eine Beispielausgestaltung eines Lichtphasenmodulationselements 1 in einem Phasenmodulator gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt.
Um ein Auftreten des Beugungslichts hoher Ordnung zu unterdrücken, wie vorstehend beschrieben, weist das Lichtphasenmodulationselement 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine Struktur auf, in der die Pixelstruktur ein Auftreten des Beugungslichts hoher Ordnung unterdrückt.
Im Lichtphasenmodulationselement 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist, wie in 9 dargestellt, die Vielzahl von Pixeln 10 in unregelmäßigen Intervallen (aperiodisch) mit demselben Pixelpitch (Pixelpitch) p in der seitlichen Richtung und der Längsrichtung angeordnet. Im Lichtphasenmodulationselement 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform werden die Pixel derart angeordnet, dass die Pixelpitches p zweier benachbarter Pixel 10 voneinander unterschiedlich sind. Es ist zu beachten, dass 9 lediglich drei verschiedene Pixelpitches p1, p2 und p3 als ein Beispiel darstellt. Eine solche Struktur wird zum Beispiel erzielt, indem eine Breite (Pixelrillenbreite) zwischen benachbarten Pixeln, in Abhängigkeit von der Pixelposition, voneinander verschieden ist. In diesem Fall werden die Pixel 10 derart angeordnet, dass Pixelrillenpitches der Pixelrillen 12, die jeweils zwischen zwei benachbarten Pixeln definiert sind, voneinander verschieden sind. Dies kann es ermöglichen, dass die Pixel 10 derart angeordnet werden, so dass ein Schwerpunkt des Pixels 10 oder der Schwerpunkt der Pixelrille 12 je nach der Pixelposition variieren. 9 zeigt als ein Beispiel lediglich zwei verschiedene Pixelrillenpitches pg1 und pg2. In diesem Fall wird durch Variieren des Schwerpunkts der Pixelrillenbreite in Abhängigkeit von der Pixelposition eine Periodizität des Pixelpitches p reduziert und es werden Beugungskomponenten hoher Ordnung reduziert.
Es ist zu beachten, dass die Vielzahl von Pixeln 10 in unregelmäßigen Intervallen (aperiodisch) in einer von der seitlichen Richtung und der Längsrichtung angeordnet werden kann.
10 ist eine Erläuterungszeichnung, die eine Pixelstruktur des Lichtphasenmodulationselements 1 im Phasenmodulator gemäß der ersten Ausführungsform darstellt.
Die Pixelstruktur des Lichtphasenmodulationselements 101 gemäß dem Vergleichsbeispiel wird durch die Kammfunktion comb(x) repräsentiert, wie in einem oberen Abschnitt von 10 dargestellt. Dagegen wird im Lichtphasenmodulationselement 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Pixelstruktur durch eine Funktion repräsentiert, die von der Kammfunktion comb(x) verschieden ist, wie in einem unteren Abschnitt von 10 dargestellt.
[Wirkungen]
Da die Pixelstruktur des Lichtphasenmodulationselements 1 gefertigt ist, um ein Auftreten des Beugungslichts hoher Ordnung zu unterdrücken, ist es, wie vorstehend beschrieben, gemäß der vorliegenden Ausführungsform möglich, eine Beugungseffizienz im Lichtphasenmodulationselement 1 zu verbessern. Des Weiteren ist es möglich, einen Streulichteffekt zu reduzieren, der durch das Beugungslicht hoher Ordnung verursacht wird.
Es ist zu beachten, dass die in dieser Beschreibung beschriebenen Wirkungen lediglich Beispiele und nicht darauf beschränkt sind, sondern andere Wirkungen vorhanden sein können. Das Gleiche trifft auf die Wirkungen anderer nachstehender Ausführungsformen zu.
<Zweite Ausführungsform>
Als Nächstes wird ein Phasenmodulator gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung beschrieben. Es ist zu beachten, dass Komponenten, die jenen des Phasenmodulators gemäß der ersten Ausführungsform ähnlich sind, nachstehend mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet sind, und Beschreibungen davon gegebenenfalls weggelassen werden.
[Ausgestaltung]
11 zeigt ein Beispiel einer Pixelstruktur des Lichtphasenmodulationselements 1 im Phasenmodulator gemäß der zweiten Ausführungsform.
Das Lichtphasenmodulationselement 1 kann eine Vielzahl von Pixelelektroden 11, und eine Lichtabschirmschicht 82, eine Signalleitungsschicht 83 und ein Transistor-/Kondensatorgebiet 84, die unterhalb der Pixelelektroden 11 angeordnet sind, umfassen. Jeweilige Schichten sind über ein Kontaktloch 81 miteinander gekoppelt.
12 zeigt ein Beispiel der Pixelstruktur des Lichtphasenmodulationselements 101 gemäß dem Vergleichsbeispiel.
Im Lichtphasenmodulationselement 101 gemäß dem Vergleichsbeispiel ist die Vielzahl von Pixelelektroden 11 in regelmäßigen Intervallen (bei konstanten Perioden) mit demselben Pixelpitch (Pixelpitch) p in der seitlichen Richtung und der Längsrichtung angeordnet. Die Kontaktlöcher 81 sind auf den Pixelelektroden 11 derart angeordnet, dass sie einen Pitch pc aufweisen, der vom Pixelpitch p verschieden ist.
13 zeigt ein erstes Beispiel einer Pixelstruktur des Lichtphasenmodulationselements 1 im Phasenmodulator gemäß der zweiten Ausführungsform. 14 zeigt ein zweites Beispiel der Pixelstruktur des Lichtphasenmodulationselements 1 im Phasenmodulator gemäß der zweiten Ausführungsform.
Außerdem ist im Lichtphasenmodulationselement 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform, wie im Lichtphasenmodulationselement 101 gemäß dem Vergleichsbeispiel, die Vielzahl von Pixelelektroden 11 in regelmäßigen Intervallen (bei konstanten Perioden) mit demselben Pixelpitch (Pixelpitch) p in der seitlichen Richtung und der Längsrichtung angeordnet. Des Weiteren werden die Kontaktlöcher 81 auf den Pixelelektroden 11 derart bereitgestellt, dass sie den Pitch pc aufweisen, der im Wesentlichen dem Pixelpitch p gleich ist. Dies ermöglicht es, dass eine Anordnungsperiode der Pixelelektroden 11 der Anordnungsperiode der Kontaktlöcher 81 in der seitlichen Richtung und der Längsrichtung im Wesentlichen gleich ist.
15 zeigt ein drittes Beispiel der Pixelstruktur des Lichtphasenmodulationselements 1 im Phasenmodulator gemäß der zweiten Ausführungsform.
Wie in 15 dargestellt, kann des Weiteren das Lichtphasenmodulationselement 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform beliebige Anordnungsperioden der Kontaktlöcher 81 in der seitlichen Richtung und der Längsrichtung aufweisen. Das heißt, die Kontaktlöcher 81 können aperiodisch angeordnet werden. Dies ermöglicht es, dass der Pitch pc der Kontaktlöcher 81 je nach der Pixelposition variiert wird. Es ist zu beachten, dass 15 lediglich zwei verschiedene Pixelpitches pc1 und pc2 als ein Beispiel zeigt.
16 zeigt ein Beispiel der Pixelstruktur des Lichtphasenmodulationselements 1 im Phasenmodulator gemäß der zweiten Ausführungsform und ein Beugungsmuster, das von der Pixel struktur herrührt.
Ein oberer Abschnitt von 16 zeigt ein Beispiel einer Raumfrequenzkomponente und ein Beugungsmuster in einem Fall, in dem die Anordnungsperiode der Pixelelektroden 11 und die Anordnungsperiode der Kontaktlöcher 81 im Wesentlichen gleich sind. Ein unterer Abschnitt von 16 zeigt als ein Vergleichsbeispiel ein Beispiel einer Raumfrequenzkomponente und ein Beugungsmuster in einem Fall, in dem die Anordnungsperiode der Pixelelektroden 11 und die Anordnungsperiode der Kontaktlöcher 81 voneinander verschieden sind. Im Fall des Vergleichsbeispiels verursacht die Anordnungsperiode der Kontaktlöcher 81 ein Beugungslicht mit kurzen Perioden, was eine Beugungseffizienz reduziert.
17 zeigt ein viertes Beispiel der Pixelstruktur des Lichtphasenmodulationselements 1 im Phasenmodulator gemäß der zweiten Ausführungsform.
17 zeigt die Pixelstruktur, die eine Basiselektrodenschicht 85 berücksichtigt, die unterhalb der Pixel elektroden 11 angeordnet ist. Hierbei kann die Basiselektrodenschicht 85 zum Beispiel die in 11 dargestellte Lichtabschirmschicht 82 sein.
Wie in 17 dargestellt, wird bevorzugt, eine Anordnung einzustellen, um einen Pitch pd der Basiselektrodenschicht 85 derart zu gestalten, dass er dem Pixelpitch p im Wesentlichen gleich ist. Daher wird bevorzugt, die Anordnungsperiode der Pixelelektroden derart zu gestalten, dass sie der Anordnungsperiode der Basiselektrodenschicht 11 in der seitlichen Richtung und der Längsrichtung im Wesentlichen gleicht. Dies ermöglicht es, unerwünschtes Beugungslicht, das von der Basiselektrodenschicht 85 herrührt, zu reduzieren.
[Wirkungen]
Da die Pixelstruktur die Struktur des Kontaktlochs 81 berücksichtigt, ist es gemäß der vorliegenden Ausführungsform möglich, die Beugungseffizienz im Lichtphasenmodulationselement 1 zu verbessern. Des Weiteren ist es möglich, einen Streulichteffekt zu reduzieren, der durch das Beugungslicht hoher Ordnung verursacht wird.
Andere Ausgestaltungen können jenen des Phasenmodulators gemäß der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform im Wesentlichen gleich sein.
<Dritte Ausführungsform>
Als Nächstes wird ein Phasenmodulator gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung beschrieben. Es ist zu beachten, dass Komponenten, die jenen des Phasenmodulators gemäß der ersten oder der zweiten Ausführungsform ähnlich sind, nachstehend mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet sind, und Beschreibungen davon gegebenenfalls weggelassen werden.
[Ausgestaltung]
Ein Phasenmodulator gemäß der vorliegenden Ausführungsform umfasst ein optisches Erfassungssystem, das eine Vielzahl von Flüssen von Beugungslicht hoher Ordnung erfasst, die in jedem Pixel 10 des Lichtphasenmodulationselements 1 erzeugt werden. Es ist zu beachten, dass das Lichtphasenmodulationselement 1 im Phasenmodulator gemäß der vorliegenden Ausführungsform das Lichtphasenmodulationselement 101 gemäß dem vorstehend beschriebenen Vergleichsbeispiel umfassen kann. Wenn das Lichtphasenmodulationselement 101 gemäß dem Vergleichsbeispiel aufgenommen ist, wie vorstehend beschrieben, ist es wahrscheinlich, dass die Vielzahl von Flüssen des Beugungslichts hoher Ordnung in jedem Pixel 10 auftritt. Die vorliegende Ausführungsform hat zum Ziel, eine Beugungseffizienz zu verbessern, indem das Beugungslicht hoher Ordnung als effektives Beugungslicht mit dem optischen Erfassungssystem erfasst wird.
18 zeigt eine erste Beispielausgestaltung des Phasenmodulators gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
In 18 umfasst das optische Erfassungssystem eine Vielzahl von Spiegeln 91, die die Vielzahl von Flüssen von Beugungslicht hoher Ordnung, die vom Lichtphasenmodulationselement 1 emittiert werden, reflektieren, und ein Fliegenaugenlinsenarray 92, das die Vielzahl von Flüssen von Beugungslicht hoher Ordnung, die durch die Vielzahl von Spiegeln reflektiert werden, erfasst. Das Fliegenaugenlinsenarray 92 weist eine Vielzahl von Fliegenaugenlinsen 92A auf.
Es ist zu beachten, dass das optische Erfassungssystem im Wesentlichen die gleiche Ausgestaltung in einer Richtung, die zur Seite von 18 senkrecht ist, aufweisen kann.
19 zeigt eine zweite Beispielausgestaltung des Phasenmodulators gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
In 19 umfasst das optische Erfassungssystem eine Vielzahl von Prismen 93 als Korrekturelementen der optischen Weglänge, die die jeweiligen optischen Weglängen der Vielzahl von Flüssen von Beugungslicht hoher Ordnung, die vom Lichtphasenmodulationselement 1 emittiert werden, korrigieren, und das Fliegenaugenlinsenarray 92, das die Vielzahl von Flüssen von Beugungslicht hoher Ordnung erfasst, wobei die optischen Weglängen durch die Vielzahl von Prismen 93 korrigiert wurden. Das Fliegenaugenlinsenarray 92 weist die Vielzahl von Fliegenlinsen 92A auf.
20 zeigt eine dritte Beispielausgestaltung des Phasenmodulators gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
20 zeigt die Beispielausgestaltung, in der der Phasenmodulator gemäß der vorliegenden Ausführungsform mit einem optischen Beleuchtungssystem 320, das zum Beispiel im Projektor aufgenommen ist, kombiniert ist. Das optische Beleuchtungssystem 320 stellt ein optisches System dar, das ein Lichtintensitätsmodulationselement 301 über ein Polarisationstrennelement 302, wie z.B. ein dichroitisches Prisma, beleuchtet.
Das optische Beleuchtungssystem 320 weist eine Kondensorlinse 321 auf. Das optische Beleuchtungssystem 320 kann ein optisches Element 322, wie z.B. einen Spiegel, aufweisen.
In 20 ist ein optisches System 310 zum Erfassen von Licht hoher Ordnung als das optische Erfassungssystem aufgenommen. Das optische System 310 zum Erfassen von Licht hoher Ordnung weist ein Paar aus einem Linsenarray 311 und einem Linsenarray 312, das die Vielzahl von Flüssen von Beugungslicht hoher Ordnung erfasst, das vom Lichtphasenmodulationselement 1 emittiert wird, und eine Kondensorlinse 313 auf. Die Kondensorlinse 313 des optischen Systems 310 zum Erfassen von Licht hoher Ordnung bildet gemeinsam mit der Kondensorlinse 321 des optischen Beleuchtungssystems 320 einen Abschnitt eines telezentrischen optischen Systems 330.
[Wirkungen]
Da die Vielzahl von Flüssen von Beugungslicht hoher Ordnung, die in jedem Pixel 10 des Lichtphasenmodulationselements 1 erzeugt werden, durch das optische Erfassungssystem erfasst wird, ist es gemäß der vorliegenden Ausführungsform möglich, eine Beugungseffizienz im Lichtphasenmodulationselement 1 zu verbessern. Des Weiteren ist es möglich, einen Streulichteffekt zu reduzieren, der durch das Beugungslicht hoher Ordnung verursacht wird.
Andere Ausgestaltungen können jenen des Phasenmodulators gemäß der vorstehend beschriebenen ersten oder zweiten Ausführungsform im Wesentlichen gleich sein.
<Vierte Ausführungsform>
Als Nächstes wird eine vierte Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung beschrieben. Es ist zu beachten, dass Komponenten, die jenen des Phasenmodulators gemäß der ersten bis dritten Ausführungsform ähnlich sind, nachstehend mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet sind, und Beschreibungen davon gegebenenfalls weggelassen werden.
In der vorliegenden Ausführungsform wird ein Anwendungsbeispiel des Lichtphasenmodulationselements 1 beschrieben.
[Beispiel für eine Anwendung auf einen Projektor]
Ein Projektor gemäß der vorliegenden Ausführungsform umfasst ein Beleuchtungssystem und ein Lichtintensitätsmodulationselement, das ein Projektionsbild erzeugt, indem eine Intensität des Beleuchtungslichts vom Beleuchtungssystem moduliert wird. Das Beleuchtungssystem umfasst eine Lichtquelle und einen Phasenmodulator, der die Phase von Licht von der Lichtquelle moduliert. Der Phasenmodulator umfasst den Phasenmodulator gemäß den vorstehend beschriebenen ersten bis dritten Ausführungsform und umfasst das Lichtphasenmodulationselement 1. Ein Wiedergabebild durch das Lichtphasenmodulationselement 1 wird als ein Beleuchtungsbild verwendet, das eine Leuchtdichteverteilung aufweist, die einem durch den Projektor anzuzeigenden Bild entspricht. Das Beleuchtungsbild wird als das Beleuchtungslicht für das Lichtintensitätsmodulationselement verwendet.
21 zeigt ein erstes Anwendungsbeispiel, in dem das Lichtphasenmodulationselement 1 auf einen Projektor 100 angewendet wird.
Das erste Anwendungsbeispiel stellt eine Beispielausgestaltung in einem Fall dar, in dem das Lichtphasenmodulationselement 1 eine reflektierendes Lichtphasenmodulationselement 111 ist.
Der Projektor 100 umfasst eine Lichtquellenvorrichtung 110, ein optisches Beleuchtungssystem 120, eine Bilderzeugungseinheit 130 und ein optisches Projektionssystem 140. Das reflektierende Lichtphasenmodulationselement 111 ist zwischen der Lichtquellenvorrichtung 110 und dem optischen Beleuchtungssystem 120 angeordnet.
Die Bilderzeugungseinheit 130 weist reflektierende Polarisationsplatten 31A, 31B und 31C, reflektierende Flüssigkristallplatten 32A, 32B und 32C und ein dichroitisches Prisma 33 auf. Die reflektierenden Flüssigkristallplatten 32A, 32B und 32C stellen Lichtintensitätsmodulationselemente dar.
Die Lichtquellenvorrichtung 110 emittiert Licht, das rotes Licht, grünes Licht und blaues Licht umfasst. Die Lichtquellenvorrichtung 110 umfasst eine oder mehrere Laserlichtquellen, die weißes Licht emittieren, das zum Beispiel rotes Licht, grünes Licht und blaues Licht umfasst. Alternativ kann die Lichtquellenvorrichtung 100 eine oder mehrere Laserlichtquellen für jede Farbe umfassen, und die eine oder die mehreren Laserlichtquellen für jede Farbe können rotes (R) Licht, grünes (G) Licht oder blaues (B) Licht emittieren.
Das reflektierende Lichtphasenmodulationselement 111 erzeugt ein gewünschtes Beleuchtungsbild (Beleuchtungslicht), indem die Phase des Lichts von der Lichtquellenvorrichtung 110 moduliert wird. Das durch das reflektierende Lichtphasenmodulationselement 111 erzeugte Beleuchtungslicht beleuchtet die reflektierenden Flüssigkristallplatten 32A, 32B und 32C über das optische Beleuchtungssystem 120.
Das optische Beleuchtungssystem 120 weist dichroitische Spiegel 24A und 24B, reflektierende Spiegel 25A und 25B, Linsen 26A und 26B, einen dichroitischen Spiegel 27 und Polarisationsplatten 28A, 28B und 28C auf.
Die dichroitischen Spiegel 24A und 24B reflektieren selektiv Licht in einen vorgegebenen Wellenlängenbereich und transmittieren selektiv Licht in anderen Wellenlängenbereichen. Zum Beispiel reflektiert der dichroitische Spiegel 24A hauptsächlich rotes Licht und grünes Licht in einer Richtung des reflektierenden Spiegels 25A. Des Weiteren reflektiert der dichroitische Spiegel 24B hauptsächlich blaues Licht in einer Richtung des reflektierenden Spiegels 25B. Der reflektierende Spiegel 25A reflektiert das Licht (hauptsächlich rotes Licht und grünes Licht) vom dichroitischen Spiegel 24A zur Linse 26A hin. Der reflektierende Spiegel 25B reflektiert das Licht (hauptsächlich blaues Licht) vom dichroitischen Spiegel 24B zur Linse 26B hin. Die Linse 26A transmittiert das Licht (hauptsächlich rotes Licht und grünes Licht) vom reflektierenden Spiegel 25A, das auf dem dichroitischen Spiegel 27 gesammelt werden soll. Die Linse 26B transmittiert das Licht (hauptsächlich blaues Licht) vom reflektierenden Spiegel 25B, das auf dem dichroitischen Spiegel 27 gesammelt werden soll. Der dichroitische Spiegel 27 reflektiert selektiv grünes Licht und transmittiert außerdem selektiv Licht in anderen Wellenlängenbereichen. Der dichroitische Spiegel 27 transmittiert eine Rotlichtkomponente und reflektiert zum Beispiel eine Grünlichtkomponente zur Polarisationsplatte 28C hin. Die Polarisationsplatten 28A, 28B und 28C umfassen einen Polarisator, der eine Polarisationsachse in einer vorgegebenen Richtung aufweist. Die Polarisationsplatten 28A, 28B und 28C transmittieren zum Beispiel p-polarisiertes Licht und reflektieren s-polarisiertes Licht.
Die reflektierenden Polarisationsplatten 31A, 31B und 31C transmittieren jeweils Licht (z.B. p-polarisiertes Licht), das dieselbe Polarisationsachse aufweist wie jene des polarisierten Lichts von den Polarisationsplatten 28A, 28B und 28C, und reflektieren Licht (s-polarisiertes Licht), das eine andere Polarisationsachse aufweist. Insbesondere transmittiert die reflektierende Polarisationsplatte 31A p-polarisiertes rotes Licht von der Polarisationsplatte 28A in einer Richtung der reflektierenden Flüssigkristallplatte 32A. Die reflektierende Polarisationsplatte 31B transmittiert p-polarisiertes blaues Licht von der Polarisationsplatte 28B in einer Richtung der reflektierenden Flüssigkristallplatte 32B. Die reflektierende Polarisationsplatte 31C transmittiert p-polarisiertes grünes Licht von der Polarisationsplatte 28C in einer Richtung der reflektierenden Flüssigkristallplatte 32C. Außerdem reflektiert die reflektierende Polarisationsplatte 31A s-polarisiertes rotes Licht von der reflektierenden Flüssigkristallplatte 32A, das in das dichroitische Prisma 33 hineinläuft. Die reflektierende Polarisationsplatte 31B reflektiert s-polarisiertes blaues Licht von der reflektierenden Flüssigkristallplatte 32B, das in das dichroitische Prisma 33 hineinläuft. Die reflektierende Polarisationsplatte 31C reflektiert s-polarisiertes grünes Licht von der reflektierenden Flüssigkristallplatte 32C, das in das dichroitische Prisma 33 hineinläuft.
Die reflektierenden Flüssigkristallplatten 32A, 32B und 32C modulieren jeweils Intensitäten von rotem Licht, blauem Licht oder grünem Licht.
Das dichroitische Prisma 33 kombiniert das rote Licht, das blaue Licht oder das grüne Licht, deren Intensitäten durch die reflektierenden Flüssigkristallplatten 32A, 32B und 32C moduliert wurden, und emittiert das kombinierte Licht in Richtung des optischen Projektionssystems 140 als ein Projektionsbild.
Das optische Projektionssystem 140 weist Linsen L41, L42, L43 und L44 auf. Das optische Projektionssystem 140 vergrößert das durch die Bilderzeugungseinheit 130 erzeugte Projektionsbild und projiziert es auf eine Projektionsfläche, wie z.B. einen Schirm, die nicht dargestellt ist. Es ist zu beachten, dass die Anzahl von Linsen und die Linsenkonfiguration im optischen Projektionssystem 140 nicht auf die dargestellte Konfiguration beschränkt sind, sondern andere Anzahlen von Linsen und andere Linsenkonfigurationen annehmen können. Fakultativ können andere optische Elemente, wie z.B. reflektierende Spiegel und ein optischer Filter, im optischen Weg aufgenommen sein.
22 zeigt ein zweites Anwendungsbeispiel, in dem das Lichtphasenmodulationselement 1 auf den Projektor 100 angewendet wird.
Das zweite Anwendungsbeispiel stellt eine Beispielausgestaltung in einem Fall dar, in dem das Lichtphasenmodulationselement 1 ein transmittierendes Lichtphasenmodulationselement 112 ist.
Das transmittierende Lichtphasenmodulationselement 112 ist zwischen der Lichtquellenvorrichtung 110 und dem optischen Beleuchtungssystem 120 angeordnet.
Andere Ausgestaltungen sind jenen im ersten Anwendungsbeispiel ähnlich, das in 21 dargestellt ist.
[Beispiel einer Anwendung auf verschiedene optische Elemente]
23 zeigt ein Anwendungsbeispiel, in dem das Lichtphasenmodulationselement 1 auf verschiedene optische Elemente angewendet wird.
Wie in 23 dargestellt, sind verschiedene Linsen, wie z.B. eine Konvexlinse, eine Konkavlinse, ein Linsenarray, eine Frensel-Linse und eine Freiformflächenlinse als verschiedene optische Elemente an sich bekannt. Diese Linsen ermöglichen es, dass die optische Weglänge durch Ändern der Dicke eines Linsenmaterials geändert wird. Im Lichtphasenmodulationselement 1 ist es möglich, die optische Weglänge zu ändern, indem eine Brechungsindexverteilung in dem Element geändert wird. Dies ermöglicht es, dass optische Charakteristiken erzielt werden, die jenen verschiedener Linsen äquivalent sind.
24 zeigt ein Beispiel eines geblazeten Beugungsgitters 201.
Das geblazete Beugungsgitter 201 stellt ein Beugungsgitter dar, das eine gezahnte Querschnittsform aufweist. Das geblazete Beugungsgitter 201 unterstützt den folgenden Ausdruck, wenn ein Beugungspitch als pa, ein Beugungswinkel als θ und eine Wellenlänge des Einfallslichts als λ repräsentiert wird. $sin θ \leq λ / 2 pa$
25 zeigt ein Anwendungsbeispiel, in dem das Lichtphasenmodulationselement 1 auf das geblazete Beugungsgitter 201 angewendet wird.
Wie ebenfalls in 1 bis 3 dargestellt, ist es möglich, das Lichtphasenmodulationselement 1 als das Beugungsgitter zu verwenden, indem die Brechungsindexverteilung in dem Element durch Modulieren der Phase des Lichts von der Lichtquelle in Bezug auf jedes Pixel 10 geändert wird. Wie in 25 dargestellt, ist es, obwohl der Pixelpitch des Lichtphasenmodulationselements 1 p ist, durch gezahntes Gestalten der Brechungsindexverteilung in der Vielzahl von Pixeln 10 möglich, die optischen Charakteristiken zu erzielen, die jenen des geblazeten Beugungsgitters 201, das einen Beugungspitch pa aufweist, äquivalent sind.
[Beispiel einer Anwendung auf einen optischen Schalter]
26 zeigt ein Anwendungsbeispiel, in dem das Lichtphasenmodulationselement 1 auf einen optischen Schalter angewendet wird.
Der optische Schalter umfasst eine optische Faser 210, ein Beugungsgitter 221 und eine Vielzahl von optischen Fasern 211, 212 und 213. Das Lichtphasenmodulationselement 1 ist zwischen dem Beugungsgitter 221 und der Vielzahl von optischen Fasern 211, 212 und 213 angeordnet. Alternativ kann das Lichtphasenmodulationselement 1 ferner anstelle des Beugungsgitters 221 angeordnet werden.
Der optische Schalter ermöglicht es, dass Signale verschiedener Trägerwellenlängen (λ1, λ2, λ3) in die optische Faser 210 eingegeben und transmittiert werden. Das Beugungsgitter 221 trennt Signale in Bezug auf jede Wellenlänge, wodurch das durch die optische Faser 210 transmittierte Signal jeder Trägerwellenlänge an einer anderen Position in das Lichtphasenmodulationselement 1 eingegeben wird. Das Signal jeder Trägerwellenlänge, das in das Lichtphasenmodulationselement 1 eingegeben wird, wird einer gewünschten optischen Faser von der Vielzahl von optischen Fasern 211, 212 und 213 zugewiesen.
[Beispiel einer Anwendung auf einen optischen Computer]
27 zeigt ein Anwendungsbeispiel, in dem das Lichtphasenmodulationselement 1 auf einen optischen Computer angewendet wird.
Der optische Computer umfasst eine Vielzahl von Lichtphasenmodulationselementen 1A, 1B, 1C und 1D, von denen jedes das Lichtphasenmodulationselement 1 umfasst.
Ein Signal A(x,y), das auf einem Signal A basiert, wird durch Modulieren einer Phase von Einfallslicht durch ein Lichtphasenmodulationselement 1A erzeugt. Als Nächstes wird ein Signal FT(A) durch eine Fourier-Transformation des Signals A(x,y) unter Verwendung eines Lichtphasenmodulationselements 1B erlangt. Als Nächstes wird ein Faltungssignal FT(A)*FT(B) mit dem Signal B durch ein Lichtphasenmodulationselement 1C erlangt. Als Nächstes wird ein Produkt A(x,y)×B(x,y) des Signals A(x,y) und des Signals B(x,y) durch eine inverse Fourier-Transformation des Signals FT(A)*FT(B) durch ein Lichtphasenmodulationselement 1D erzielt.
<Andere Ausführungsformen>
Die Technologie gemäß der Offenbarung ist nicht auf die Beschreibung jeder vorstehend beschriebenen Ausführungsform beschränkt, sondern es sind verschiedene Modifikationen möglich.
Zum Beispiel kann die vorliegende Technologie die folgenden Ausgestaltungen aufweisen.

(1) Phasenmodulator, umfassend:
- ein Lichtphasenmodulationselement, das eine Vielzahl von Pixeln mit einer Pixelstruktur aufweist, die ein Auftreten von Beugungslicht hoher Ordnung unterdrückt und die eine Phase von Licht in Bezug auf jedes der Pixel moduliert.
(2) Phasenmodulator nach (1), wobei die Vielzahl von Pixeln in einer ersten Richtung und einer zweiter Richtung in einer Matrix angeordnet ist und angeordnet ist, um einen Pitch einer Pixelrille zwischen zwei benachbarten Pixeln in mindestens einer von der ersten Richtung oder der zweiten Richtung zu ändern.
(3) Phasenmodulator nach (1), wobei die Vielzahl von Pixeln in einer ersten Richtung und einer zweiter Richtung in einer Matrix angeordnet ist und angeordnet ist, um einen Schwerpunkt des Pixels oder den Schwerpunkt der Pixelrille zwischen zwei benachbarten Pixeln in mindestens einer von der ersten Richtung oder der zweiten Richtung zu ändern.
(4) Phasenmodulator nach (1), wobei die Vielzahl von Pixeln in einer ersten Richtung und einer zweiten Richtung in einer Matrix angeordnet ist, jedes der Pixel eine Pixelelektrode und ein Kontaktloch, das mit der Pixelelektrode gekoppelt ist, umfasst, und eine Anordnungsperiode der Pixelelektrode und eine Anordnungsperiode des Kontaktlochs in mindestens einer von der ersten Richtung oder der zweiten Richtung im Wesentlichen gleich sind.
(5) Phasenmodulator nach (1), wobei die Vielzahl von Pixeln in einer ersten Richtung und einer zweiten Richtung in einer Matrix angeordnet ist, jedes der Pixel eine Pixelelektrode und ein Kontaktloch, das mit der Pixelelektrode gekoppelt ist, umfasst, und das Kontaktloch in mindestens einer von der ersten Richtung oder der zweiten Richtung aperiodisch angeordnet ist.
(6) Phasenmodulator nach (1) oder (4), wobei die Vielzahl von Pixeln in einer ersten Richtung und einer zweiten Richtung in einer Matrix angeordnet ist, jedes der Pixel eine Pixelelektrode und eine Basispixelelektrode, die unterhalb der Pixelelektrode angeordnet ist, umfasst, und eine Anordnungsperiode der Pixelelektrode und eine Anordnungsperiode der Basiselektrodenschicht in mindestens einer von der ersten Richtung oder der zweiten Richtung im Wesentlichen gleich sind.
(7) Phasenmodulator, umfassend:
- ein Lichtphasenmodulationselement, das eine Vielzahl von Pixeln aufweist und das eine Phase von Licht in Bezug auf jedes der Pixel moduliert, und
- ein optisches Erfassungssystem, das eine Vielzahl von Flüssen von Beugungslicht hoher Ordnung, die in jedem der Pixel erzeugt werden, erfasst.
(8) Phasenmodulator nach (7), wobei das optische Erfassungssystem umfasst:
- einen Spiegel, der die Vielzahl von Flüssen von Beugungslicht hoher Ordnung, die vom Lichtphasenmodulationselement emittiert werden, reflektiert, und
- ein Linsenarray, das die Vielzahl von Flüssen von Beugungslicht hoher Ordnung, die durch den Spiegel reflektiert werden, erfasst.
(9) Phasenmodulator nach (7), wobei das optische Erfassungssystem umfasst:
- eine Vielzahl von Korrekturelementen einer optischen Weglänge, die die jeweilige optische Weglänge der Vielzahl von Flüssen von Beugungslicht hoher Ordnung, die durch das Lichtphasenmodulationselement emittiert werden, korrigieren, und
- ein Linsenarray.
(10) Phasenmodulator nach (7), wobei das optische Erfassungssystem umfasst:
- ein Linsenarray, das die Vielzahl von Flüssen von Beugungslicht hoher Ordnung, die vom Lichtphasenmodulationselement emittiert werden, erfasst, und
- eine Kondensorlinse, die einen Abschnitt eines telezentrischen optischen Systems bildet.
(11) Beleuchtungssystem, umfassend:
- eine Lichtquelle, und
- ein Lichtphasenmodulationselement, das eine Vielzahl von Pixeln mit einer Pixelstruktur aufweist, die ein Auftreten von Beugungslicht hoher Ordnung unterdrückt und die eine Phase von Licht von der Lichtquelle in Bezug auf jedes der Pixel moduliert.
(12) Beleuchtungssystem, umfassend:
- eine Lichtquelle,
- ein Lichtphasenmodulationselement, das eine Vielzahl von Pixeln aufweist und das eine Phase von Licht von der Lichtquelle in Bezug auf jedes der Pixel moduliert, und
- ein optisches Erfassungssystem, das eine Vielzahl von Flüssen von Beugungslicht hoher Ordnung, die in jedem der Pixel erzeugt werden, erfasst.
(13) Projektor, umfassend:
- ein Beleuchtungssystem, und
- ein Lichtintensitätsmodulationselement, das ein Projektionsbild erzeugt, indem die Intensität eines Beleuchtungslichts vom Beleuchtungssystem moduliert wird, wobei
- das Beleuchtungssystem umfasst:
  - eine Lichtquelle, und
  - ein Lichtphasenmodulationselement, das eine Vielzahl von Pixeln mit einer Pixelstruktur aufweist, die ein Auftreten von Beugungslicht hoher Ordnung unterdrückt und die eine Phase von Licht von der Lichtquelle in Bezug auf jedes der Pixel moduliert.
(14) Projektor, umfassend:
- ein Beleuchtungssystem, und
- ein Lichtintensitätsmodulationselement, das ein Projektionsbild erzeugt, indem die Intensität eines Beleuchtungslichts vom Beleuchtungssystem moduliert wird, wobei
- das Beleuchtungssystem umfasst:
  - eine Lichtquelle,
  - ein Lichtphasenmodulationselement, das eine Vielzahl von Pixeln aufweist und das eine Phase von Licht von der Lichtquelle in Bezug auf jedes der Pixel moduliert, und
  - ein optisches Erfassungssystem, das eine Vielzahl von Flüssen von Beugungslicht hoher Ordnung, die in jedem der Pixel erzeugt werden, erfasst.

Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der japanischen Prioritätspatentanmeldung JP 2017-152623 , die am 7. August 2017 beim Japanischen Patentamt eingereicht wurde und deren gesamte Inhalte hier durch Rückbezug aufgenommen sind.
Ein Fachmann sollte verstehen, dass verschiedene Modifikationen, Kombinationen, Teilkombinationen und Abwandlungen je nach Designanforderungen und anderen Faktoren, sofern sie innerhalb des Umfangs der beigefügten Ansprüche oder deren Äquivalente liegen, auftreten können.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2009524845 [0002]
JP 2017152623 [0110]

Claims

Phasenmodulator, umfassend: ein Lichtphasenmodulationselement, das eine Vielzahl von Pixeln mit einer Pixelstruktur aufweist, die ein Auftreten von Beugungslicht hoher Ordnung unterdrückt und die eine Phase von Licht in Bezug auf jedes der Pixel moduliert.
Phasenmodulator nach Anspruch 1, wobei die Vielzahl von Pixeln in einer ersten Richtung und einer zweiter Richtung in einer Matrix angeordnet ist und angeordnet ist, um einen Pitch einer Pixelrille zwischen zwei benachbarten Pixeln in mindestens einer von der ersten Richtung oder der zweiten Richtung zu ändern.
Phasenmodulator nach Anspruch 1, wobei die Vielzahl von Pixeln in einer ersten Richtung und einer zweiter Richtung in einer Matrix angeordnet ist und angeordnet ist, um einen Schwerpunkt des Pixels oder den Schwerpunkt der Pixelrille zwischen zwei benachbarten Pixeln in mindestens einer von der ersten Richtung oder der zweiten Richtung zu ändern.
Phasenmodulator nach Anspruch 1, wobei die Vielzahl von Pixeln in einer ersten Richtung und einer zweiten Richtung in einer Matrix angeordnet ist, jedes der Pixel eine Pixelelektrode und ein Kontaktloch, das mit der Pixelelektrode gekoppelt ist, umfasst, und eine Anordnungsperiode der Pixelelektrode und eine Anordnungsperiode des Kontaktlochs in mindestens einer von der ersten Richtung oder der zweiten Richtung im Wesentlichen gleich sind.
Phasenmodulator nach Anspruch 1, wobei die Vielzahl von Pixeln in einer ersten Richtung und einer zweiten Richtung in einer Matrix angeordnet ist, jedes der Pixel eine Pixelelektrode und ein Kontaktloch, das mit der Pixelelektrode gekoppelt ist, umfasst, und das Kontaktloch in mindestens einer von der ersten Richtung oder der zweiten Richtung aperiodisch angeordnet ist.
Phasenmodulator nach Anspruch 1, wobei die Vielzahl von Pixeln in einer ersten Richtung und einer zweiten Richtung in einer Matrix angeordnet ist, jedes der Pixel eine Pixelelektrode und eine Basispixelelektrode, die unterhalb der Pixelelektrode angeordnet ist, umfasst, und eine Anordnungsperiode der Pixelelektrode und eine Anordnungsperiode der Basiselektrodenschicht in mindestens einer von der ersten Richtung oder der zweiten Richtung im Wesentlichen gleich sind.
Phasenmodulator, umfassend: ein Lichtphasenmodulationselement, das eine Vielzahl von Pixeln aufweist und das eine Phase von Licht in Bezug auf jedes der Pixel moduliert, und ein optisches Erfassungssystem, das eine Vielzahl von Flüssen von Beugungslicht hoher Ordnung, die in jedem der Pixel erzeugt werden, erfasst.
Phasenmodulator nach Anspruch 7, wobei das optische Erfassungssystem umfasst: einen Spiegel, der die Vielzahl von Flüssen von Beugungslicht hoher Ordnung, die vom Lichtphasenmodulationselement emittiert werden, reflektiert, und ein Linsenarray, das die Vielzahl von Flüssen von Beugungslicht hoher Ordnung, die durch den Spiegel reflektiert werden, erfasst.
Phasenmodulator nach Anspruch 7, wobei das optische Erfassungssystem umfasst: eine Vielzahl von Korrekturelementen einer optischen Weglänge, die die jeweilige optische Weglänge der Vielzahl von Flüssen von Beugungslicht hoher Ordnung, die durch das Lichtphasenmodulationselement emittiert werden, korrigieren, und ein Linsenarray.
Phasenmodulator nach Anspruch 7, wobei das optische Erfassungssystem umfasst: ein Linsenarray, das die Vielzahl von Flüssen von Beugungslicht hoher Ordnung, die vom Lichtphasenmodulationselement emittiert werden, erfasst, und eine Kondensorlinse, die einen Abschnitt eines telezentrischen optischen Systems bildet.
Beleuchtungssystem, umfassend: eine Lichtquelle, und ein Lichtphasenmodulationselement, das eine Vielzahl von Pixeln mit einer Pixelstruktur aufweist, die ein Auftreten von Beugungslicht hoher Ordnung unterdrückt und die eine Phase von Licht von der Lichtquelle in Bezug auf jedes der Pixel moduliert.
Beleuchtungssystem, umfassend: eine Lichtquelle, ein Lichtphasenmodulationselement, das eine Vielzahl von Pixeln aufweist und das eine Phase von Licht von der Lichtquelle in Bezug auf jedes der Pixel moduliert, und ein optisches Erfassungssystem, das eine Vielzahl von Flüssen von Beugungslicht hoher Ordnung, die in jedem der Pixel erzeugt werden, erfasst.
Projektor, umfassend: ein Beleuchtungssystem, und ein Lichtintensitätsmodulationselement, das ein Projektionsbild erzeugt, indem die Intensität eines Beleuchtungslichts vom Beleuchtungssystem moduliert wird, wobei das Beleuchtungssystem umfasst: eine Lichtquelle, und ein Lichtphasenmodulationselement, das eine Vielzahl von Pixeln mit einer Pixelstruktur aufweist, die ein Auftreten von Beugungslicht hoher Ordnung unterdrückt und die eine Phase von Licht von der Lichtquelle in Bezug auf jedes der Pixel moduliert.
Projektor, umfassend: ein Beleuchtungssystem, und ein Lichtintensitätsmodulationselement, das ein Projektionsbild erzeugt, indem die Intensität eines Beleuchtungslichts vom Beleuchtungssystem moduliert wird, wobei das Beleuchtungssystem umfasst: eine Lichtquelle, ein Lichtphasenmodulationselement, das eine Vielzahl von Pixeln aufweist und das eine Phase von Licht von der Lichtquelle in Bezug auf jedes der Pixel moduliert, und ein optisches Erfassungssystem, das eine Vielzahl von Flüssen von Beugungslicht hoher Ordnung, die in jedem der Pixel erzeugt werden, erfasst.