JP2002277851A - 空間光変調装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光アドレス型空間光変調器の解像度に係わら
ず、常に、透過型の電気アドレス型素子の画素構造に起
因する信号成分を除去しつつ所望の画質の画像を出力す
ることができる空間光変調装置の提供。 【解決手段】 ＬＣＤ４の光入射層４ａ上に、マイクロ
レンズアレイ３が設けられている。ＰＡＬ−ＳＬＭ６
は、その書き込み部６ａがＬＣＤ４の光伝達層４ｂに対
向するように、配置されている。レンズ５が、ＬＣＤ４
の光伝達層４ｂとＰＡＬ−ＳＬＭ６の書き込み部６ａと
の間に設けられ、ＬＣＤ４の光伝達層４ｂから出射した
書き込み情報光をＰＡＬ−ＳＬＭ６の書き込み部６ａに
伝達する。レンズ位置調整機構１２が、レンズ５とＬＣ
Ｄ４とＰＡＬ−ＳＬＭ６との相対的位置を調整すること
で、各画素が所望の集光状態で集光して形成された画像
をＰＡＬ−ＳＬＭ６に伝達する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は空間光変調装置に関し、
特に、光アドレス型空間光変調器を用い、当該光アドレ
ス型空間光変調器に入射させる書き込み情報光の生成の
ために透過型の電気アドレス型素子を用いた空間光変調
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】国際公開第WO99/66368号公報に、透過型
の電気アドレス型素子と光アドレス型空間光変調器とを
レンズにより結合し、透過型の電気アドレス型素子に電
気アドレス表示されている情報を光アドレス型の空間光
変調器に伝達させるタイプの空間光変調装置が知られて
いる。この空間光変調装置では、光アドレス型空間光変
調器として、平行配向液晶空間光変調器が採用されてい
る。

【０００３】このタイプの空間光変調装置では、所定の
条件を満足する開口数を有するレンズを使用することに
より、透過型の電気アドレス型素子の画素構造に起因す
る信号成分を消去している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、個々の
光アドレス型空間光変調器は、感度や応答速度、使用波
長といった様々な特性により、その解像度が異なってい
る。特に、平行配向液晶空間光変調器は、その解像度自
体が経時劣化していく特性を有している。したがって、
上記従来の空間光変調装置では、所望の画質の出力画像
が得られない場合がある。

【０００５】そこで、本発明は、光アドレス型空間光変
調器の解像度に係わらず、常に、透過型の電気アドレス
型素子の画素構造に起因する信号成分を除去しつつ所望
の画質の画像を出力することができる空間光変調装置を
提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、光入射部と光変調部と光伝達部とからな
り、該光変調部が電気アドレス駆動される画素構造を備
え、該光入射部上にマイクロレンズアレイが設けられた
透過型の電気アドレス型素子と、書き込み部と読み出し
部とを備え、該書き込み部が、前記透過型の電気アドレ
ス型素子の該光伝達部に対向して配置された光アドレス
型空間光変調器と、前記透過型の電気アドレス型素子の
該光伝達部と前記光アドレス型空間光変調器の該書き込
み部との間に設けられ、前記透過型の電気アドレス型素
子の該光伝達部から出射した書き込み情報光を、前記光
アドレス型空間光変調器の該書き込み部に伝達するため
のレンズと、前記レンズと前記透過型の電気アドレス型
素子と前記光アドレス型空間光変調器との相対的位置を
調整するための相対的位置調整機構とを備えることを特
徴とする空間光変調装置を提供している。

【０００７】透過型の電気アドレス型素子では、光変調
部の画素構造が、所望の情報に関する電気信号によって
アドレスされる。一様な書き込み光がマイクロレンズア
レイに照射されると、当該書き込み光は、マイクロレン
ズアレイにより集光され、光入射部を経て、光変調部に
入射する。当該書き込み光は、光変調部にて変調され
て、該所望の情報を担持した書き込み情報光を生成す
る。この書き込み情報光は、光伝達部から出射し、レン
ズによって、光アドレス型空間光変調器の書き込み部に
伝達される。

【０００８】ここで、レンズと前記透過型電気アドレス
型素子と前記光アドレス型空間光変調器との相対的位置
が相対的位置調整機構によって所望の位置に調整される
と、書き込み情報光が所望の度合いで集光されて形成さ
れた画像が、光アドレス型空間光変調器の書き込み部に
結像される。光アドレス型空間光変調器の読みだし部に
読みだし光が入射すると、読みだし光は、読みだし部に
て、書き込み部に結像されている画像に応じた変調を受
けた後、出射する。

【０００９】このように、本発明の空間光変調装置にお
いては、レンズと透過型の電気アドレス型素子と前記光
アドレス型空間光変調器との相対的位置を調整すること
によって、書き込み情報光が所望の集光状態にて集光さ
れて形成された画像を、光アドレス型空間光変調器に結
像させることができる。したがって、本発明の空間光変
調装置は、透過型の電気アドレス型素子の画素構造を消
去しつつ、所望の画質の画像を出力することができる。

【００１０】ここで、画素構造は、複数の画素からな
る。また、マイクロレンズアレイは、複数のマイクロレ
ンズからなる。ここで、複数のマイクロレンズは、当該
複数の画素に１対１に対応して設けられていることが好
ましい。各マイクロレンズは、入射した書き込み光を集
光し、対応する画素で変調させる。ここで、レンズと透
過型の電気アドレス型素子と前記光アドレス型空間光変
調器との相対的位置を調整することによって、各画素で
変調された書き込み情報光が所望の集光状態で集光して
形成された画像を光アドレス型空間光変調器に結像させ
ることができる。したがって、本発明の空間光変調装置
は、透過型の電気アドレス型素子の画素構造を消去しつ
つ、所望の画質の画像を出力することができる。

【００１１】相対的位置調整手段としては、透過型電気
アドレス型素子の位置と光アドレス型空間光変調器の位
置とを固定しておき、レンズの位置を透過型電気アドレ
ス型素子と光アドレス型空間光変調器とに対して調整す
るようにすれば良い。レンズの位置を調整するだけで、
所望の画質の画像を得ることができる。

【００１２】逆に、レンズの位置を固定しておき、透過
型電気アドレス型素子の位置と光アドレス型空間光変調
器の位置とをレンズに対して調整するようにしても良
い。細かい調整を行うことができ、所望の画質の画像を
得ることができる。

【００１３】ここで、前記透過型電気アドレス型素子
は、透過型液晶素子であることが好ましい。透過型液晶
素子によれば、歪みの少ない画像を形成することができ
る。

【００１４】前記光アドレス型空間光変調器は、平行配
向液晶空間光変調器であることが好ましい。平行配向液
晶空間光変調器がどのような解像度を有している場合で
も、レンズと前記透過型電気アドレス型素子と平行配向
液晶空間光変調器との相対的位置を調整するだけで、透
過型電気アドレス型素子の画素構造を消去しつつ、所望
の画質の画像を出力させることができる。また、平行配
向液晶空間光変調器は読みだし光の位相のみを変調する
ことができるため、高い回折効率を得ることができる。
しかも、レンズと前記透過型電気アドレス型素子と平行
配向液晶空間光変調器との相対的位置を調整するだけ
で、透過型電気アドレス型素子の画素構造による回折を
小さくすることができる。

【００１５】また、本発明の空間光変調装置は、レーザ
光源と、前記レーザ光源からのレーザ光をコリメートし
て前記透過型の電気アドレス型素子の前記マイクロレン
ズアレイに照射するためのコリメートレンズとを、更に
備えていることが好ましい。

【００１６】レンズと透過型電気アドレス型素子と前記
光アドレス型空間光変調器との相対的位置をマイクロレ
ンズアレイの後焦点面に対して調整することで、所望の
程度ぼけさせた画像を光アドレス型空間光変調器に伝達
することができる。したがって、透過型電気アドレス型
素子の画素構造を消去しつつ、所望の程度の画質の画像
を出力させることができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態による空間光
変調装置について図１乃至図１１に基づき説明する。

【００１８】本実施の形態による空間光変調装置１００
は、図１に示すように、マイクロレンズアレイ３が取り
付けられた透過型液晶ディスプレイ（Liquid Crystal D
isplay（以下、ＬＣＤという））４と、平行配向液晶空
間光変調器（Parallel-Aligned nematic-liquid-crysta
l Spatial Light Modulator（以下、ＰＡＬ−ＳＬＭと
いう））６と、ＬＣＤ４とＰＡＬ−ＳＬＭ６とを光カッ
プリングするためのレンズ５と、前記レンズ５に接続さ
れたレンズ位置調整機構１２とを備えている。

【００１９】ＬＣＤ４は、透過型の液晶素子であり、画
像信号に応じて電気アドレス駆動されることにより、透
過する書き込み光を変調して書き込み情報光を生成する
機能を有する電気アドレス型素子である。ＬＣＤ４は、
画像歪みが無く、高いコントラスト特性を持つ。

【００２０】レンズ５は、ＬＣＤ４によって生成・出射
された書き込み情報光をＰＡＬ−ＳＬＭ６に伝達するた
めのものである。

【００２１】ＰＡＬ−ＳＬＭ６は、レンズ５からの書き
込み情報光により読み出し光を変調するための光アドレ
ス型空間光変調器である。

【００２２】ＬＣＤ４とＰＡＬ−ＳＬＭ６とは、レンズ
５の光軸方向に所定の距離を隔てて固定されている。

【００２３】レンズ位置調整機構１２は、レンズ５をそ
の光軸方向に移動できるようになっており、レンズ５と
ＬＣＤ４との距離、及び、レンズ５とＰＡＬ−ＳＬＭ６
との距離を調整できるようになっている。

【００２４】かかる構成の空間光変調装置１００は、そ
の使用の際、図１に示すように、ＬＣＤ４が、計算機等
の電気信号発生回路１１に電気的に接続される。電気信
号発生回路１１は、計算機によって計算された画像やコ
ンピュータ合成ホログラムなどの画像情報をビデオ信号
やＲＧＢ信号等に変換し、ＬＣＤ４に供給することで、
ＬＣＤ４を電気アドレス駆動する。

【００２５】空間光変調装置１００は、更に、書き込み
用光源１とコリメートレンズ２とに光学的に接続され
る。書き込み用光源１は、例えば、レーザ装置であり、
一様な書き込み光を出射する。コリメートレンズ２は、
書き込み用光源１からの一様な書き込み光をコリメート
して、平行な書き込み光を形成する。書き込み用光源１
とコリメートレンズ２とは、コリメートレンズ２からの
平行な書き込み光がマイクロレンズアレイ３へ入射する
ように、配置される。

【００２６】空間光変調装置１００は、更に、読み出し
用光源１０，空間フィルタ９，レンズ８，及び、ハーフ
ミラー７に光学的に接続される。読み出し用光源１０
は、例えば、レーザ装置であり、一様な読みだし光を出
射する。空間フィルタ９は、読みだし用光源１０からの
読みだし光をきれいなガウシアン形状として得ることが
できる。レンズ８は、空間フィルタ９からの読みだし光
をコリメートして平行な読みだし光を形成する。ハーフ
ミラー７は、レンズ８からの読みだし光を透過させてＰ
ＡＬ−ＳＬＭ６に照射させると共に、ＰＡＬ−ＳＬＭ６
によって変調され出射した読みだし光を反射して、出力
させる。これら読み出し用光源１０，空間フィルタ９，
レンズ８，及び、ハーフミラー７は、ハーフミラー７を
透過した読みだし光がＰＡＬ−ＳＬＭ６へ入射するよう
に、配置される。

【００２７】図１に示すように、ＬＣＤ４は、光入射層
４ａ，光変調層４ｃ，及び、光伝達層４ｂとからなる。
本実施の形態では、ＬＣＤ４の光入射層４ａ上に、マイ
クロレンズアレイ３が固定されている。したがって、コ
リメートレンズ２からの平行光（書き込み光）は、マイ
クロレンズアレイ３に入射すると、集光され、ＬＣＤ４
の光入射層４ａを介して光変調層４ｃに入射する。光変
調層４ｃは、電気信号発生回路１１に接続されており、
電気アドレス駆動されている。したがって、光変調層４
ｃは、入射した書き込み光を変調して信号画像を担持し
た書き込み情報光を生成する。信号画像を担持した書き
込み情報光は、光伝達層４ｂを伝達されて出射する。

【００２８】次に、図２を参照して、ＬＣＤ４の構造の
一例を詳細に説明する。

【００２９】光入射層４ａは、透明ガラス基板４１と偏
光板４０とから構成されている。また、光伝達層４ｂ
は、他の透明ガラス基板４８と偏光板４９とから構成さ
れている。光変調層４ｃは、透明ガラス基板４１上に形
成されたシリコン単結晶フィルム４２と、透明ガラス基
板４８上に形成された対向電極４７と、これら対向電極
４７とシリコン単結晶フィルム４２との間に形成された
ツイストネマチック液晶層４６とから構成されている。
シリコン単結晶フィルム４２上には、所定のピッチＰを
有する画素構造４５が形成されている。

【００３０】より詳しくは、シリコン単結晶フィルム４
２上には、複数の透明画素電極４３が所定のピッチＰに
て２次元マトリックス状に配列されている。隣り合う透
明画素電極４３の間には、薄膜トランジスタＴＦＴから
なるスイッチング素子４４が設けられており、遮光マス
クにより覆われている。各透明画素電極４３が書き込み
光に対する開口部として機能し、各スイッチング素子４
４が書き込み光を遮蔽する光遮蔽部として機能する。こ
うして、開口部４３が所定のピッチＰで配列した画素構
造４５が形成されている。

【００３１】スイッチング素子４４は、電気信号発生回
路１１に接続されており、電気信号発生回路１１が画像
信号により所望のスイッチング素子４４を駆動すること
で、所望の画素電極４３を選択できるようになってい
る。

【００３２】以上の構成により、液晶層４６は、電気信
号発生回路１１により選択駆動された画素電極４３と対
向電極４７との間の領域にて液晶分子の配向状態を変化
させ、もって、マイクロレンズアレイ３を介して入射し
た書き込み光の偏光状態を変調する。偏光状態が変調さ
れた書き込み光は、偏光板４０及び４９の作用により、
その強度が変調され、信号画像を形成する。

【００３３】なお、ＬＣＤ４の具体的な構造としては、
例えば、国際公開第WO99/66368号公報に記載された構成
を採用することができる。

【００３４】マイクロレンズアレイ３は、ＬＣＤ４の偏
光板４０上に固定されている。このマイクロレンズアレ
イ３は、複数の画素電極４３に１対１に対応して設けら
れた複数のマイクロレンズ３０から構成されている。す
なわち、各マイクロレンズ３０は、偏光板４０上におい
て、対応する画素電極４３が形成されている位置に設け
られている。図３に示されているように、コリメートレ
ンズ２からの平行光は、各マイクロレンズ３０に入射す
ると、対応する透明画素電極４３を通過して、マイクロ
レンズ３０の後焦点面Ｆ上に一旦集光され、その後、再
び拡がっていく。ここで、複数の透明画素電極４３が選
択的にオフされることで、書き込み光が選択的に遮断さ
れ、画像が担持された書き込み情報光が生成される。

【００３５】ここで、透明画素電極４３は、所定のピッ
チＰにて配列されている。したがって、ＬＣＤ４によっ
て生成・伝達可能な信号画像の最大空間周波数（ＬＣＤ
４の解像度）、すなわち、隣り合う透明画素電極４３に
交互に白黒を表示した場合の空間周波数は、１／２Ｐで
ある。一方、透明画素電極４３自体に起因する信号成分
の空間周波数は１／Ｐであり、上記信号画像最大空間周
波数（１／２Ｐ）の２倍の大きさである。

【００３６】ＰＡＬ−ＳＬＭ６は、書き込み部６ａと読
み出し部６ｂとを有している。ＰＡＬ−ＳＬＭ６は、そ
の書き込み部６ａがレンズ５を介してＬＣＤ４の光伝達
層４ｂに対向するように配置されている。かかる配置構
成により、ＰＡＬ−ＳＬＭ６は、ＬＣＤ４に対してレン
ズ５により光カップリングされており、ＬＣＤ４から出
射された書き込み情報光がレンズ５を伝達されてＰＡＬ
−ＳＬＭ６の書き込み部６ａに入射・結像するようにな
っている。

【００３７】ＰＡＬ−ＳＬＭ６には、読み出し用光源１
０から出射された読み出し光が空間フィルタ９、レンズ
８、及び、ハーフミラー７を通じて読み出し部６ｂに入
射される。読み出し部６ｂは、書き込み部６ａに入射さ
れた書き込み情報光の情報に応じて読み出し光を変調す
る。当該読み出し光は、書き込み部６ａと読み出し部６
ｂとの境界で反射し、変調読みだし光として出射して、
ハーフミラー７で所定の方向へ反射されて出力する。

【００３８】次に、図４を参照して、ＰＡＬ−ＳＬＭ６
の構造を詳細に説明する。

【００３９】ＰＡＬ−ＳＬＭ６は、誘電体多層膜ミラー
６３を境に書き込み部６ａと読み出し部６ｂとに分けら
れている。書き込み部６ａは、光導電層６１と、透明電
極６４ａと、書き込み光入力端である透明基板６５ａ及
び反射防止コート６６ａとから構成されている。透明基
板６５ａは好ましくはガラス製であり、レンズ５からの
書き込み光を透過させて光導電層６１に入射させる。光
導電層６１は好ましくはアモルファスシリコン製であ
り、書き込み光が入射されることによって結晶構造が可
逆的に変化し、書き込み光の明暗に対応してインピーダ
ンスが変化して導電性を示す光導電性を有する。なお、
必要に応じて光導電層６１と誘電体多層膜ミラー６３と
の間に光遮蔽層を設置しても良い。

【００４０】読み出し部６ｂは、液晶層６２と、透明電
極６４ｂと、読み出し光入力端である好ましくはガラス
製の透明基板６５ｂ及び反射防止コート６６ｂとから構
成されている。液晶層６２としてはネマティック液晶が
用いられ、配向層６２ｃ及びスペーサー６２ｄによって
配置・固定されている。液晶層６２の両側に位置する配
向層６２ｃとしては、例えばポリイミド等が用いられ、
液晶層６２の液晶分子を透明電極６４ａ及び６４ｂに対
して平行に捻れなく一様に配向させるようになってい
る。このため、光導電層６１に書き込み光が入射してい
ないオフ状態においては、液晶分子は、図５の（ａ）に
示されているように、捻れなく平行に配向している。

【００４１】透明電極６４ａ及び６４ｂとしては、好ま
しくはインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）が用いられる。透
明電極６４ａ及び６４ｂは交流電源６０に接続されてお
り、これら透明電極６４ａ及び６４ｂの間に数ボルトの
交流電圧が印加されるようになっている。また、誘電体
多層膜ミラー６３としては、読み出し光の波長に対応す
る所定の波長域の光を反射させるように多層膜として形
成されたものを用いて、これによって読み出し光を反射
して出力を行う。

【００４２】このような構成のＰＡＬ−ＳＬＭ６におい
て、書き込み部６ａに書き込み光が入射すると、光導電
層６１の結晶構造が変化してその電気抵抗が変化する。
このとき、透明電極６４ａ及び６４ｂの間には数ボルト
の交流電圧が印加されているが、光導電層６１の電気抵
抗が変化することによって、液晶層６２に与えられる電
圧が変化する。液晶層６２の液晶分子は、液晶層６２に
対して与えられた電圧の変化によって、図５の（ｂ）の
ように、読み出し光の伝搬方向Ａに傾く。これにより生
じる液晶層６２の屈折率（複屈折率）の変化（ＥＣＢ
（Electrically Controlled Birefringence）効果）
が、液晶層６２中を伝搬する読み出し光の液晶分子の配
向方向と平行な偏光面を位相変調させる。ただし、当該
屈折率の変化は、液晶分子の配向方向に対して垂直な偏
光面に対しては位相変調を起こさせない。読み出し光
は、誘電体多層膜ミラー６３にて反射し、液晶層６２中
を再び伝搬して、透明基板６５ｂと反射防止コート６６
ｂとを経て、位相変調された画像として出力する。

【００４３】かかる構成のＰＡＬ−ＳＬＭ６は、読み出
し光源１０からの読み出し光の偏光方向が液晶層６２の
液晶分子の配向方向（図５の（ａ）に示すオフ状態の液
晶配向方向）と平行である場合、読み出し光の位相のみ
の変調を行うことができる。また、読み出し光源１０か
らの読み出し光の偏光方向が液晶層６２の液晶分子の配
向方向に対し４５度傾いている場合には、偏光面の変化
が起こるため、出力側に偏光板を置くことで、強度変調
出力を得ることができる。

【００４４】レンズ位置調整機構１２は、レンズ５の位
置をその光軸方向に調整することで、レンズ５とＬＣＤ
４との距離、及び、レンズ５とＰＡＬ−ＳＬＭ６との距
離を調整する。レンズ位置調整機構１２は、たとえば、
レンズ５を保持する図示しない保持手段とこの保持手段
をレンズ５の光軸方向にスライドする図示しないスライ
ド手段とからなる。

【００４５】レンズ５が、例えば、図３に実線で示され
ているように、マイクロレンズアレイ３の後焦点面Ｆ上
の像をＰＡＬ−ＳＬＭ６の書き込み部６ａ（光導電層６
１）に結像する位置に配置されている場合には、ＬＣＤ
４の各画素を、図６の（ａ）に示されているようなぼけ
ていない状態で、ＰＡＬ−ＳＬＭ６に結像する。また、
レンズ５が、図３に破線で示されているように、マイク
ロレンズアレイ３の後焦点面Ｆからずれた位置の像をＰ
ＡＬ−ＳＬＭ６の書き込み部６ａ（光導電層６１）に結
像する位置に配置されている場合には、ＬＣＤ４の各画
素を、図６の（ｂ）に示されているように幾分ぼけてい
る状態で、ＰＡＬ−ＳＬＭ６に結像する。なお、図６の
（ａ）及び（ｂ）は、レンズ５を、それぞれ、図３の実
線及び破線の位置に配置した場合において、ＰＡＬ−Ｓ
ＬＭ６の位置にＰＡＬ−ＳＬＭ６の代わりにＣＣＤ撮像
装置を配置して撮像した撮像図である。これらの図６
（ａ）、（ｂ）より、レンズ５が伝達する画像の各画素
の大きさが、レンズ５の位置によって変動することがわ
かる。したがって、レンズ５の位置を所望の位置に調整
すれば、各画素が所望の集光状態で集光して形成された
画像（図６の（ａ）や（ｂ））をＰＡＬ−ＳＬＭ６に伝
達できることがわかる。

【００４６】ところで、ＰＡＬ−ＳＬＭ６は、個々の特
性により解像度が異なっている。また、個々のＰＡＬ−
ＳＬＭ６の解像度自体も、経時的に劣化していく。ＰＡ
Ｌ−ＳＬＭ６は、解像度が良い場合には、図７の破線で
示されるＭＴＦ特性（Modulation Transfer Function特
性）を有する。一方、解像度が悪い場合には、図７の一
点鎖線で示されるＭＴＦ特性を有する。ここで、空間光
変調装置１００全体としては、ＰＡＬ−ＳＬＭ６の解像
度に関わらず、常に、ＬＣＤ４による信号画像を良好に
伝達しつつ、ＬＣＤ４の画素４３による回折をほとんど
伝達しないようにすることが望ましい。すなわち、空間
光変調装置１００は、図７の実線で示される最適なＭＴ
Ｆ特性を有することが望ましい。ここで、当該最適なＭ
ＴＦ特性においては、ＭＴＦは、ＬＣＤ４の解像度（信
号画像の最大空間周波数）１／２Ｐ以下の空間周波数に
対しては高く、ＬＣＤ４の画素構造４５の空間周波数１
／Ｐ以上の空間周波数に対しては低い。

【００４７】本実施形態では、ＰＡＬ−ＳＬＭ６が有す
るＭＴＦ特性がどのような状態であっても、レンズ５の
位置を調整することで、空間光変調装置１００のＭＴＦ
特性を常に最適なＭＴＦ特性とすることができる。

【００４８】具体的には、ＰＡＬ−ＳＬＭ６の解像度が
悪く図７の一点鎖線で示されるＭＴＦ特性を有する場合
には、レンズ５を、図３の実線で示されている位置に配
置し、マイクロレンズアレイ３の後焦点面Ｆ上の像をＰ
ＡＬ−ＳＬＭ６の書き込み部６ａ（光導電層６１）に結
像させる。図６の（ａ）に示されているぼけていない画
像をＰＡＬ−ＳＬＭ６に結像させることにより、空間光
変調装置１００全体としてのＭＴＦ特性を、図７の実線
で示されている最適なＭＴＦ特性に調整することができ
る。

【００４９】逆に、ＰＡＬ−ＳＬＭ６の解像度が良く図
７の破線で示されるＭＴＦ特性を有する場合には、レン
ズ５を、図３の破線で示されている位置に配置し、マイ
クロレンズアレイ３の後焦点面Ｆからずれた位置におけ
る像をＰＡＬ−ＳＬＭ６の書き込み部６ａ（光導電層６
１）に結像させる。図６の（ｂ）に示されているぼけた
画像をＰＡＬ−ＳＬＭ６に結像させることにより、空間
光変調装置１００全体としてのＭＴＦ特性を、やはり、
図７の実線で示されている最適なＭＴＦ特性に調整する
ことができる。

【００５０】したがって、空間光変調装置１００を製造
する際には、搭載するＰＡＬ−ＳＬＭ６の解像度に応じ
てレンズ５の位置を調整し、所望の画質を有し、かつ、
画素構造が消去されている出力が得られるようにする。
また、空間光変調装置１００を使用するにあたっても、
ＰＡＬ−ＳＬＭ６の解像度の経時劣化に合わせてレンズ
５の位置を調整し、所望の画質を有し、かつ、画素構造
が消去された出力が得られるようにする。この結果、空
間光変調装置１００は、ＰＡＬ−ＳＬＭ６の解像度の影
響を受けることなく、常に、画素構造を消去しつつ、Ｌ
ＣＤ４の表示情報を所望の画質にて出力することができ
る。

【００５１】以上の構成を有する空間光変調装置１００
の動作を、以下、説明する。

【００５２】電気信号発生回路１１が所望の信号情報に
関する電気ビデオ信号を出力することにより、画素電極
４３をアドレス駆動する。書き込み用光源１からの書き
込み光がコリメートレンズ２にてコリメートされ、平行
光としてマイクロレンズアレイ３に入射して、ＬＣＤ４
の光変調層４ｃ（液晶層４６）内で集光する。書き込み
光は、光変調層４ｃ（液晶層４６）内で変調され、光伝
達層４ｂを介して出射する。この出射書き込み光には所
望の信号画像が担持されている。すなわち、この時、Ｌ
ＣＤ４は当該所望の信号画像を表示する。このようにし
て、ＬＣＤ４は、信号画像を伝達する書き込み情報光を
生成し、出射する。

【００５３】ＬＣＤ４により生成され出射した書き込み
情報光は、レンズ５により、ＰＡＬ−ＳＬＭ６の書き込
み部６ａ（光導電層６１）に結像される。読み出し用光
源１０からの読み出し光が読みだし部６ｂ（液晶層６
２）に入射すると、当該読み出し光は、書き込み部６ａ
（光導電層６１）に結像された書き込み情報光に応じて
変調され出射する。当該読み出し光は、ハーフミラー７
で反射される。

【００５４】ここで、空間光変調装置１００を信号画像
の表示等に使用したい場合には、図８に示すように、空
間光変調装置１００を結像レンズ（例えば拡大レンズ）
１３と検光子１４に光学的に接続する。すなわち、ハー
フミラー７で反射された出力光が結像レンズ１３及び検
光子１４を通過するようにし、結像レンズ１３の結像面
１５に得られる信号画像を観測する。また、ＰＡＬ−Ｓ
ＬＭ６を、読み出し光に対し強度変調を行うよう動作さ
せる。具体的には、読み出し用光源１０が直線偏光の読
み出し光を出射するものである場合、読み出し用光源１
０を、その偏光方向が液晶層６２の液晶配向方向（図５
の（ａ）に示すオフ状態の液晶配向方向）に対し４５度
傾いているように配置する。なお、光源１０の後段に偏
光子を配置して、読みだし光の偏光方向が液晶配向方向
に対し４５度傾くようにしてもよい。液晶層６２は、か
かる偏光状態の読み出し光に対し、偏光面の変調を施
す。検光子１４を、読み出し用光源１０（または、その
後段に偏光子を設けた場合には、当該偏光子）に対し、
その偏光方向が９０度ずれるように配置することで、強
度変調された読み出し光による信号画像が結像面１５に
形成される。

【００５５】本実施の形態では、こうして得られた結像
面１５上の出力画像を観察し、当該出力画像が、画素構
造が除去されており、かつ、所望の画質が得られている
像となるように、レンズ５の位置をレンズ位置調整機構
１２にて調整する。かかる調整により、ＰＡＬ−ＳＬＭ
６がどのような解像度を有していても、空間光変調装置
１００の出力は、常に、図９に示すように、画素構造が
除去され、かつ、所望の画質が保たれている像となる。
なお、図９は、結像面１５にＣＣＤ撮像装置を配置して
得られた撮像図である。

【００５６】一方、空間光変調装置１００を信号画像の
回折現象の測定等に使用したい場合には、図１０に示す
ように、空間光変調装置１００をフーリエ変換レンズ１
６に光学的に接続する。すなわち、ハーフミラー７で反
射された出力光をフーリエ変換レンズ１６にてフーリエ
変換し、フーリエ変換像をフーリエ面１７にて観測する
ようにする。また、ＰＡＬ−ＳＬＭ６を、読み出し光に
対し位相のみの変調を行うよう動作させる。具体的に
は、読み出し用光源１０が直線偏光の読み出し光を出射
するものである場合、読み出し用光源１０を、その偏光
方向が液晶層６２の液晶配向方向（図５の（ａ）に示す
オフ状態の液晶配向方向）と平行になるように配置す
る。なお、光源１０の後段に偏光子を配置し、読みだし
光の偏光方向が液晶配向方向と平行になるようにしても
よい。液晶層６２は、かかる偏光状態の読み出し光に対
し、位相のみの変調を施す。位相のみを変調された読み
出し光は、フーリエ面１７上に、回折像を高回折効率に
て形成する。本実施の形態では、フーリエ面１７上の回
折像の回折効率を測定し、回折効率が所望の程度に高く
なり、かつ、画素構造４５による回折が少なくなるよう
に、レンズ５の位置をレンズ位置調整機構１２にて調整
する。かかる調整により、ＰＡＬ−ＳＬＭ６がどのよう
な解像度を有していても、空間光変調装置１００の出力
は、常に、画素構造による回折が少なく所望の高回折効
率を達成する。

【００５７】以上のように、本実施の形態では、ＬＣＤ
４にマイクロレンズアレイ３を設け、かつ、レンズ５を
レンズ位置調整機構１２にて位置調整可能としたため、
空間光変調装置１００は、常に、透過型液晶素子の画素
構造を除去しつつ所望の画質の画像を出力することがで
きる。

【００５８】本発明による空間光変調装置は上述した実
施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載した範囲
で種々の変形や改良が可能である。

【００５９】例えば、上述の実施の形態では、ＬＣＤ４
とＰＡＬ−ＳＬＭ６とを固定し、レンズ５を位置調整可
能としたが、逆に、図１１に示すように、レンズ５を固
定し、ＬＣＤ４とＰＡＬ−ＳＬＭ６とに、それぞれ、液
晶素子位置調整機構２０とＰＡＬ−ＳＬＭ位置調整機構
２１とを設けて、これらＬＣＤ４とＰＡＬ−ＳＬＭ６と
を位置調整可能にしても良い。

【００６０】また、上述の実施の形態では、複数のマイ
クロレンズ３０は、複数の画素電極４３に対し１対１に
対応して設けられていたが、そのように設けなくてもよ
い。たとえば、１個の画素電極４３に対し複数のマイク
ロレンズ３０を設けてもよく、逆に、複数の画素電極４
３に対し１個のマイクロレンズ３０を設けてもよい。複
数のマイクロレンズ３０により書き込み光を集光させ、
かかる集光された光を複数の画素電極４３において変調
させれば良い。

【００６１】透過型の電気アドレス型素子としては、図
２を示して説明した構造のＬＣＤでなく、他の構造を有
するＬＣＤでもよい。図２の構造では、液晶層６２にツ
イストネマチック液晶を用いたため、偏光板４０，４９
が必要となったが、液晶層にゲストホスト型液晶やポリ
マー分散型液晶を用いる場合には、偏光板を必要としな
い。したがって、その場合には、マイクロレンズアレイ
３は、ガラス基板４１上に直接設けられる。

【００６２】また、透過型の電気アドレス型素子とし
て、他の透過型の液晶素子を用いても良く、他の透過型
の電気アドレス型素子を用いても良い。

【００６３】また、上述の実施の形態では、光アドレス
型空間光変調器として平行配向液晶空間光変調器を用い
たが、他の光アドレス型空間光変調器を用いても良い。

【００６４】ＬＣＤ４に入射させる書き込み光として
は、レーザ光でなくても良い。また、コリメートレンズ
２にて平行とさせず、所定の収束光または拡散光をマイ
クロレンズアレイ３に照射するのでも良い。

【００６５】レンズ５としては、単一のレンズから構成
されるものでも良いが、複数のレンズから構成されるも
のでもよい。

【００６６】

【発明の効果】請求項１記載の空間光変調装置によれ
ば、光アドレス型空間光変調器の解像度によらず、常
に、透過型の電気アドレス型素子の画素構造を消去しつ
つ、所望の画質の画像を出力することができる。

【００６７】請求項２記載の空間光変調装置によれば、
透過型の液晶素子により、画像歪みの少ない書き込み情
報光を生成することができる。

【００６８】請求項３記載の空間光変調装置によれば、
平行配向液晶空間光変調器の解像度に依らず、常に、透
過型の電気アドレス型素子の画素構造を消去しつつ所望
の画質を維持した画像を出力することができる。また、
透過型電気アドレス型素子の画素構造による回折を小さ
くし、高い回折効率を得ることができる。

【００６９】請求項４記載の空間光変調装置によれば、
レンズと透過型の電気アドレス型素子と光アドレス型空
間光変調器との相対的位置をマイクロレンズの後焦点面
に対して調整することによって、透過型の電気アドレス
型素子に表示された画像を、所望の程度だけぼけた状態
で、光アドレス型空間光変調器に結像させることができ
る。このため、透過型電気アドレス型素子の画素構造を
消去しつつ、所望の画質の画像を出力することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態による空間光変調装置の構
成を示す図。

【図２】図１の空間光変調装置における透過型液晶素子
の拡大構成図。

【図３】コリメートレンズからの平行光が、マイクロレ
ンズアレイの１つのマイクロレンズにより集光され、レ
ンズによりＰＡＬ−ＳＬＭに伝達される状態を示す図。

【図４】図１の空間光変調装置におけるＰＡＬ−ＳＬＭ
の拡大構成図。

【図５】（ａ）は、図４のＰＡＬ−ＳＬＭの液晶層の液
晶分子の配向状態を示す説明図。（ｂ）は、（ａ）の液
晶分子の配向状態が変化する様子を示す説明図。

【図６】（ａ）は、レンズが、図３の実線のように、マ
イクロレンズアレイの後焦点面上に形成された画像をＰ
ＡＬ−ＳＬＭに結像する位置に調整されている場合に、
レンズが伝達する画像の撮像図。（ｂ）は、レンズが、
図３の破線のように、マイクロレンズアレイの後焦点面
からずれた位置に形成された画像をＰＡＬ−ＳＬＭに結
像する位置に調整されている場合に、レンズが伝達する
画像の撮像図。

【図７】ＭＴＦ特性を示すグラフ。

【図８】図１の空間光変調装置の使用形態を示す構成
図。

【図９】図１の空間光変調装置の出力像の撮像図。

【図１０】図１の空間光変調装置の他の使用形態を示す
構成図。

【図１１】本発明の空間光変調装置の変更例を示す図。

【符号の説明】

１ 書き込み用光源 ２ コリメートレンズ ３ マイクロレンズアレイ ４ ＬＣＤ ４ａ 光入射層 ４ｂ 光伝達層 ４ｃ 光変調層 ５ レンズ ６ ＰＡＬ−ＳＬＭ ６ａ 書き込み部 ６ｂ 読みだし部 ７ ハーフミラー ８ レンズ ９ 空間フィルタ １０ 読み出し用光源 １１ 電気信号発生回路 １２ レンズ位置調整機構 １３ 結像レンズ １４ 検光子 １５ 結像面 １６ フーリエ変換レンズ １７ フーリエ面 ２０ 液晶素子位置調整機構 ２１ ＰＡＬ―ＳＬＭ位置調整機構 ４３ 透明画素電極 ４５ 画素構造 １００ 空間光変調装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小林 祐二 静岡県浜松市市野町1126番地の１ 浜松ホ トニクス株式会社内 (72)発明者 原 勉 静岡県浜松市市野町1126番地の１ 浜松ホ トニクス株式会社内 Ｆターム(参考） 2H043 AB02 AB10 2H088 EA19 EA44 GA02 GA10 HA08 HA18 HA22 HA24 HA25 HA28 JA06 JA11 MA02 2H091 FA08X FA08Z FA15Z FA26X FA26Z FA29Z FA41Z HA06 LA17

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光入射部と光変調部と光伝達部とからな
   り、該光変調部が電気アドレス駆動される画素構造を備
   え、該光入射部上にマイクロレンズアレイが設けられた
   透過型の電気アドレス型素子と、 書き込み部と読み出し部とを備え、該書き込み部が、前
   記透過型の電気アドレス型素子の該光伝達部に対向して
   配置された光アドレス型空間光変調器と、 前記透過型の電気アドレス型素子の該光伝達部と前記光
   アドレス型空間光変調器の該書き込み部との間に設けら
   れ、前記透過型の電気アドレス型素子の該光伝達部から
   出射した書き込み情報光を、前記光アドレス型空間光変
   調器の該書き込み部に伝達するためのレンズと、 前記レンズと前記透過型の電気アドレス型素子と前記光
   アドレス型空間光変調器との相対的位置を調整するため
   の相対的位置調整機構とを備えることを特徴とする空間
   光変調装置。
2. 【請求項２】前記透過型の電気アドレス型素子が透過型
   液晶素子であることを特徴とする請求項１記載の空間光
   変調装置。
3. 【請求項３】前記光アドレス型空間光変調器が平行配向
   液晶空間光変調器であることを特徴とする請求項１記載
   の空間光変調装置。
4. 【請求項４】レーザ光源と、前記レーザ光源からのレー
   ザ光をコリメートして前記透過型の電気アドレス型素子
   の前記マイクロレンズアレイに照射するためのコリメー
   トレンズとを、更に備えることを特徴とする請求項１記
   載の空間光変調装置。