JP2008076971A - Optical modulating device, light source device, optical modulating element control circuit, and light source device control circuit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光源からの光を変調して出力する光変調素子を備えた光変調装置および光源装置、ならびにそのような光変調素子を制御する光変調素子制御回路および光源装置を制御する光源装置制御回路に関する。 The present invention relates to a light modulation device and a light source device that include a light modulation element that modulates and outputs light from a light source, a light modulation element control circuit that controls such a light modulation element, and a light source device that controls the light source device. The present invention relates to a control circuit.
従来より、光源からの光を変調して出力する光変調素子として、液晶素子などが用いられている。特に強誘電性の液晶素子では、通常のTN(Twisted Nematic)モードの液晶素子と比べて素子の応答速度が速いので、強誘電性の液晶素子により構成された光変調素子は、高速な光スイッチングを必要とする光学システムで用いられている。 Conventionally, a liquid crystal element or the like has been used as a light modulation element that modulates and outputs light from a light source. In particular, a ferroelectric liquid crystal element has a faster response speed than a normal TN (Twisted Nematic) mode liquid crystal element. Therefore, a light modulation element composed of a ferroelectric liquid crystal element is capable of high-speed optical switching. Used in optical systems that require
図15は、光変調素子として液晶素子を用いた従来の光変調装置(光源装置)の構成例を表したものである。この従来の光源装置は、レーザなどからなる光源110と、液晶素子112と、互いに偏光軸が直交する一対の偏光板111A,111Bと、光源駆動部134と、液晶素子駆動部133とから構成されている。このような構成により、光源110から発せられた光L100は、偏光板111Aを透過し、液晶素子112へ入射する。そしてこの液晶素子112において光L100が変調された場合、偏光角が90度回転するため、その光は変調光L102として偏光板111Bを透過し、光源装置から出力される。一方、液晶素子112において光L100が変調されない場合、偏光角が回転しないため、その光は偏光板111Bにおいて吸収され、光源装置から出力されないようになっている。
FIG. 15 illustrates a configuration example of a conventional light modulation device (light source device) using a liquid crystal element as a light modulation element. This conventional light source device includes a
また、例えば特許文献1には、このような光変調素子による光スイッチング特性を利用し、光変調素子(液晶素子)を画像表示装置の光シャッター(液晶シャッター)として用いるようにした技術が開示されている。
Further, for example,
ところで、このような光変調素子では、素子の応答速度(例えば、立ち上がり時間trや立下り時間tf)に起因して、光源の光出射タイミングと光変調素子の動作タイミングとの間で、タイミングのずれが生じてしまうという問題がある。このようなタイミングのずれが生ずると、所望のタイミングで光変調動作を行うことができないために素子での光利用効率が低下し、例えば光変調素子を画像表示装置に適用した場合には、表示画像のコントラストが低下するなど、画質の劣化を招いてしまうことになる。 By the way, in such a light modulation element, due to the response speed of the element (for example, rise time tr and fall time tf), the timing between the light emission timing of the light source and the operation timing of the light modulation element. There is a problem that a shift occurs. When such a timing shift occurs, the light modulation operation cannot be performed at a desired timing, so that the light use efficiency in the element is reduced. For example, when the light modulation element is applied to an image display device, display is performed. As a result, the image quality is degraded, for example, the contrast of the image is lowered.
ここで、上記特許文献1では、光変調素子(液晶シャッター)の応答時間の変化を検出し、その検出結果に基づいて光変調素子の動作タイミング等を調整するようになっている。したがって、動作環境によって応答時間が変動した場合でも、その都度対応することができると考えられる。
Here, in
しかしながら、この特許文献1の技術では、あくまでの応答時間の変化に対応できるだけであって、予めその光変調素子の応答特性に適合するように素子の動作タイミング等を作りこんでおく必要がある。したがって、例えば素子の構成材料の違いなどによって素子の応答特性が異なるような場合には、動作タイミングの最適化をその都度行う必要があるため、汎用性に乏しいという問題があった。
However, in the technique of this
このように従来の技術では、光変調素子の種類や構成によらずに光の利用効率を向上させるのが困難であった。 As described above, in the conventional technique, it is difficult to improve the light use efficiency regardless of the type and configuration of the light modulation element.
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、光変調素子の種類や構成によらずに光の利用効率を向上させることが可能な光変調装置、光源装置、光変調素子制御回路および光源装置制御回路を提供することにある。 The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide a light modulation device, a light source device, and a light modulation element capable of improving the light utilization efficiency regardless of the type and configuration of the light modulation element. It is to provide a control circuit and a light source device control circuit.
本発明の光変調装置は、光源からの光を変調して変調光を出力する光変調素子と、上記変調光を検出する検出手段と、検出された変調光に基づいて光変調素子の駆動波形を制御する制御手段とを備えたものである。 The light modulation device of the present invention includes a light modulation element that modulates light from a light source and outputs modulated light, a detection unit that detects the modulated light, and a drive waveform of the light modulation element based on the detected modulated light And a control means for controlling.
本発明の光変調素子制御回路は、光源からの光を変調して変調光を出力する光変調素子に適用される制御回路であって、上記変調光を検出する検出手段と、検出された変調光に基づいて光変調素子の駆動波形を制御する制御手段とを備えたものである。 An optical modulation element control circuit according to the present invention is a control circuit applied to an optical modulation element that modulates light from a light source and outputs modulated light, the detection means for detecting the modulated light, and the detected modulation And a control means for controlling the drive waveform of the light modulation element based on the light.
本発明の光変調装置および光変調素子制御回路では、光源から発せられ光変調素子で変調された光(変調光)が検出される。そして検出された変調光に基づいて、光変調素子の駆動波形が制御される。よって、光変調素子の種類や構成によらず、光源からの光の出射タイミングと光変調素子の動作タイミングとが、より良く適合し得る。 In the light modulation device and the light modulation element control circuit of the present invention, light (modulated light) emitted from the light source and modulated by the light modulation element is detected. Based on the detected modulated light, the drive waveform of the light modulation element is controlled. Therefore, the light emission timing from the light source and the operation timing of the light modulation element can be better matched regardless of the type and configuration of the light modulation element.
本発明の光変調装置および光変調素子制御回路では、上記光源がパルス光を照射するものである場合、上記制御手段が光変調素子の駆動波形およびパルス光のパルス波形を制御するようにするのが好ましい。このように構成した場合、光変調素子の駆動波形およびパルス光のパルス波形の両者に対して制御がなされるため、一方のみの制御がなされる場合と比べ、光源からの光の出射タイミングと光変調素子の動作タイミングとが、さらに適合し得る。 In the light modulation device and the light modulation element control circuit according to the present invention, when the light source emits pulsed light, the control means controls the drive waveform of the light modulation element and the pulse waveform of the pulsed light. Is preferred. In such a configuration, since both the drive waveform of the light modulation element and the pulse waveform of the pulsed light are controlled, the light emission timing and light from the light source are compared with the case where only one control is performed. The operation timing of the modulation element can be further adapted.
本発明の光源装置は、パルス光を発する光源と、上記パルス光を変調して変調光を出力する光変調素子と、上記変調光を検出する検出手段と、検出された変調光に基づいてパルス光のパルス波形を制御する制御手段とを備えたものである。 The light source device of the present invention includes a light source that emits pulsed light, a light modulation element that modulates the pulsed light and outputs modulated light, a detection unit that detects the modulated light, and a pulse based on the detected modulated light. And a control means for controlling the pulse waveform of light.
本発明の光源装置制御回路は、光源から発せられるパルス光を変調して変調光を出力する光源装置に適用される制御回路であって、上前記変調光を検出する検出手段と、検出された変調光に基づいてパルス光のパルス波形を制御する制御手段とを備えたものである。 A light source device control circuit according to the present invention is a control circuit applied to a light source device that modulates pulsed light emitted from a light source and outputs modulated light, and further includes a detection unit that detects the modulated light, And a control means for controlling the pulse waveform of the pulsed light based on the modulated light.
本発明の光源装置および光源装置制御回路では、光源から発せられ光変調素子で変調されたパルス光(変調光)が検出される。そして検出された変調光に基づいて、パルス光のパルス波形が制御される。よって、光変調素子の種類や構成によらず、光源からのパルス光の出射タイミングと光変調素子の動作タイミングとが、より良く適合し得る。 In the light source device and the light source device control circuit of the present invention, pulsed light (modulated light) emitted from the light source and modulated by the light modulation element is detected. Based on the detected modulated light, the pulse waveform of the pulsed light is controlled. Therefore, the emission timing of the pulsed light from the light source and the operation timing of the light modulation element can be better matched regardless of the type and configuration of the light modulation element.
なお、本発明の光変調装置、光源装置、光変調素子制御回路および光源装置制御回路は、例えば、以下のような構成の3次元表示装置に適用することが可能である。 The light modulation device, the light source device, the light modulation element control circuit, and the light source device control circuit of the present invention can be applied to a three-dimensional display device having the following configuration, for example.
第1の観点に係る3次元表示装置は、光源と、複数の画素を有し、光源からの光を画素ごとに変調して2次元映像を生成する光変調手段と、光変調手段の各画素ごとに生ずる複数次数の回折光を各回折次数ごとに集光し、光変調手段により生成された2次元映像の全情報が集約された光学像である回折像を各回折次数ごとに形成する回折像形成手段と、光変調手段による2次元映像の生成タイミングと同期して、回折像形成手段により形成された複数の回折像のそれぞれを時間的に順次選択する回折像選択手段と、回折像選択手段により選択された回折像の共役像を形成する共役像形成手段とを備えたものである。この場合において、さらに、形成された共役像を投射する光学的手段を備えていてもよい。 A three-dimensional display device according to a first aspect includes a light source, a plurality of pixels, a light modulation unit that modulates light from the light source for each pixel to generate a two-dimensional image, and each pixel of the light modulation unit Diffraction that collects diffraction light of multiple orders generated for each diffraction order for each diffraction order and forms a diffraction image for each diffraction order, which is an optical image in which all the information of the two-dimensional image generated by the light modulation means is aggregated A diffraction image selection means for sequentially selecting each of a plurality of diffraction images formed by the diffraction image formation means in synchronization with the generation timing of the two-dimensional image by the light modulation means; And a conjugate image forming means for forming a conjugate image of the diffraction image selected by the means. In this case, optical means for projecting the formed conjugate image may be further provided.
第1の観点に係る3次元表示装置では、光変調手段により生成された2次元映像の全情報が集約された光学像である回折像が、各回折次数ごとに形成される。高次回折による回折像を利用することで、空間的に高い密度を有する光線群が生成される。その光変調手段による2次元映像の生成タイミングと同期して、複数の回折像のそれぞれが時間的に順次選択され、その選択された回折像の共役像が形成される。回折像選択手段によって光線群を空間的、かつ時間的に制御することより、各々の光線における属性である強度、および位相などを変調することが可能となる。 In the three-dimensional display device according to the first aspect, a diffraction image, which is an optical image in which all the information of the two-dimensional image generated by the light modulation means is aggregated, is formed for each diffraction order. By using a diffraction image by high-order diffraction, a light beam group having a spatially high density is generated. In synchronization with the generation timing of the two-dimensional image by the light modulation means, each of the plurality of diffraction images is sequentially selected in time, and a conjugate image of the selected diffraction image is formed. By controlling the light beam group spatially and temporally by the diffraction image selection means, it is possible to modulate the intensity, phase, etc., which are attributes of each light beam.
また、第2の観点に係る3次元表示装置は、光源と、複数の画素を有し、光源からの光を画素ごとに変調して2次元映像を生成する光変調手段と、光変調手段により生成された2次元映像における空間周波数に対するフーリエ変換像を形成する第1のレンズと、フーリエ変換像を空間的かつ時間的にフィルタリングする空間フィルタと、空間フィルタによりフィルタリングされたフーリエ変換像を逆フーリエ変換することにより、光変調手段により生成された2次元映像の実像を形成する第2のレンズと、空間フィルタによりフィルタリングされたフーリエ変換像の共役像を形成する第3のレンズとを備えたものである。この場合において、第3のレンズがさらに、共役像を任意の空間に投射する機能を有していてもよい。 A three-dimensional display device according to a second aspect includes a light source, a plurality of pixels, a light modulation unit that modulates light from the light source for each pixel to generate a two-dimensional image, and a light modulation unit. A first lens that forms a Fourier transform image with respect to a spatial frequency in the generated two-dimensional image, a spatial filter that spatially and temporally filters the Fourier transform image, and an inverse Fourier transform of the Fourier transform image filtered by the spatial filter A second lens that forms a real image of a two-dimensional image generated by the light modulation means by conversion, and a third lens that forms a conjugate image of a Fourier transform image filtered by a spatial filter It is. In this case, the third lens may further have a function of projecting the conjugate image into an arbitrary space.
第2の観点に係る3次元表示装置では、光変調手段により生成された2次元映像における空間周波数に対するフーリエ変換像が、空間フィルタにより、空間的かつ時間的にフィルタリングされ、そのフィルタリングされたフーリエ変換像の共役像が形成される。 In the three-dimensional display device according to the second aspect, the Fourier transform image for the spatial frequency in the two-dimensional image generated by the light modulation means is spatially and temporally filtered by the spatial filter, and the filtered Fourier transform is performed. A conjugate image of the image is formed.
ここで、上記第2の観点に係る3次元表示装置において、第1のレンズは、フーリエ変換像として、例えば、光変調手段により生成された2次元映像の全情報が集約された光学像である回折像を、各回折次数を空間的に分割した上で形成する。高次回折による回折像を利用することで、高い空間的な密度を有する光線群が生成される。また、空間フィルタは、例えば、光変調手段の各画素で生じた回折光の各回折次数に対応する複数の開口を有し、光変調手段による2次元映像の生成タイミングと同期しつつ複数の開口を各回折次数ごとに光学的に選択的に開閉制御することにより、フーリエ変換像を空間的かつ時間的にフィルタリングする。フーリエ変換像の光線群を空間的、かつ時間的に制御することより、各々の光線における強度、および位相などを変調することが可能となる。 Here, in the three-dimensional display device according to the second aspect, the first lens is an optical image in which all information of the two-dimensional video generated by the light modulation unit is aggregated as a Fourier transform image, for example. A diffraction image is formed after spatially dividing each diffraction order. By using a diffraction image by high-order diffraction, a light beam group having a high spatial density is generated. Further, the spatial filter has, for example, a plurality of openings corresponding to the respective diffraction orders of the diffracted light generated in each pixel of the light modulation means, and a plurality of openings while being synchronized with the generation timing of the two-dimensional image by the light modulation means. Is subjected to optical and selective opening / closing control for each diffraction order to filter the Fourier transform image spatially and temporally. By controlling the light beam group of the Fourier transform image spatially and temporally, the intensity and phase of each light beam can be modulated.
本発明の光変調装置または光変調素子制御回路によれば、光変調素子で変調された光(変調光)を検出し、この検出された変調光に基づいて光変調素子の駆動波形を制御するようにしたので、光変調素子の種類や構成によらず、光源からの光の出射タイミングと光変調素子の動作タイミングとを、より良く適合し得る。よって、光変調素子の種類や構成によらず、光の利用効率を向上させることが可能となる。 According to the light modulation device or the light modulation element control circuit of the present invention, the light modulated by the light modulation element (modulated light) is detected, and the drive waveform of the light modulation element is controlled based on the detected modulated light. Thus, the light emission timing from the light source and the operation timing of the light modulation element can be better matched regardless of the type and configuration of the light modulation element. Therefore, the light utilization efficiency can be improved regardless of the type and configuration of the light modulation element.
特に、光源がパルス光を発するものである場合において、光変調素子の駆動波形およびパルス光のパルス波形を制御するようにした場合には、一方の波形のみを制御する場合と比べ、光源からの光の出射タイミングと光変調素子の動作タイミングとをさらに適合し得る。よって、光の利用効率をより向上させることが可能となる。 In particular, in the case where the light source emits pulsed light, when the drive waveform of the light modulation element and the pulse waveform of the pulsed light are controlled, the light source from the light source is compared with the case where only one waveform is controlled. The light emission timing and the operation timing of the light modulation element can be further matched. Therefore, it is possible to further improve the light use efficiency.
また、本発明の光源装置または光源装置制御回路によれば、光変調素子で変調されたパルス光(変調光)を検出し、この検出された変調光に基づいてパルス光のパルス波形を制御するようにしたので、光変調素子の種類や構成によらず、光源からのパルス光の出射タイミングと光変調素子の動作タイミングとを、より良く適合し得る。よって、光変調素子の種類や構成によらず、光の利用効率を向上させることが可能となる。 Further, according to the light source device or the light source device control circuit of the present invention, the pulsed light (modulated light) modulated by the light modulation element is detected, and the pulse waveform of the pulsed light is controlled based on the detected modulated light. Thus, the emission timing of the pulsed light from the light source and the operation timing of the light modulation element can be better matched regardless of the type and configuration of the light modulation element. Therefore, the light utilization efficiency can be improved regardless of the type and configuration of the light modulation element.
[第1の実施の形態]
図1は、本発明の第1の実施の形態に係る光変調装置の全体構成を表すものである。この光変調装置は、光変調素子1と、光検出部2と、駆動部3とを備えている。
[First Embodiment]
FIG. 1 shows the overall configuration of an optical modulation apparatus according to the first embodiment of the present invention. The light modulation device includes a
レーザ10は、レーザ光からなる照射光L0を発する光源であり、例えば半導体レーザや固体レーザなどにより構成される。
The
光変調素子1は、入射光を変調して出力するものであり、液晶素子12と、この液晶素子12に対して光路の前後に配置された一対の偏光板11A,11Bとを有している。
The
液晶素子12は、マトリクス状に配置された複数の画素を有し、この画素ごとに、後述する駆動部3から供給される駆動波形に応じて入射光の偏光角を制御するものであり、例えば強誘電性の液晶素子により構成される。また、偏光板11A,11Bは、図1中に矢印で示したように、互いの偏光軸が直交するように配置(いわゆるクロスニコルの配置)されており、液晶素子12の動作に応じて入射光を透過または遮断するようになっている。なお、液晶素子12および偏光板11A,11Bの動作の詳細については、後述する。
The
光検出部2は、光変調素子1によって変調された光(変調光L2)の光路上に配置されたハーフミラー21と、光検出器であるフォトディテクタ22と、コンパレータ23とを有している。
The
ハーフミラー21は、変調光L2を透過させつつその一部を反射し、この反射光を検出光L3として、フォトディテクタ22へと導くものである。フォトディテクタ22は、検出光L3を検出し、その光量の時間変化を電圧の時間変化に変換して出力するものである。コンパレータ23は、フォトディテクタ22から出力される検出光L2に基づく検出信号の電位(アナログデータ)と、所定の電位(例えば、検出信号における最大電位の50%の電位)との大小を比較し、その比較結果を出力するものであり、これにより2値化された検出信号である2値化信号SCが出力されるようになっている。
The
駆動部3は、レーザ10および液晶素子12を駆動するものであり、位相比較部31と、駆動制御部32と、液晶素子駆動部33と、光源駆動部34とを有している。
The
液晶素子駆動部33は、所定の駆動信号SAによって液晶素子12を駆動するものである。また、光源駆動部34は、所定の駆動信号によってレーザ10を駆動するものである。
The liquid crystal
位相比較部31は、上述したように液晶素子駆動部33から液晶素子12へ供給される駆動信号SAを参照すると共に、この駆動信号(参照信号)SAとコンパレータから出力される2値化信号SCとの位相差を比較し、その比較結果を駆動制御部32へ出力するものである。なお、この位相差の比較動作の詳細については、後述する。
As described above, the
駆動制御部32は、位相比較部31からの比較結果に基づいて、液晶素子駆動部33や光源駆動部34の駆動動作を制御するものである。なお、これらの駆動動作の制御の詳細については、後述する。
The
次に、本実施の形態の光変調装置の動作について詳細に説明する。 Next, the operation of the light modulation device of this embodiment will be described in detail.
この光変調装置では、光源駆動部34によってレーザ10が駆動され、レーザ10から照射光L0が照射される。そしてこの照射光L0は偏光板11Aを透過し、液晶素子12へ入射する。
In this light modulation device, the
液晶素子12では、液晶素子駆動部33の駆動動作により、例えば強誘電性の液晶素子の場合には、画素ごとに図2および図3に示したように動作し、これにより照射光L0は、液晶素子12において変調される。具体的には、まず、強誘電性の液晶素子の場合、駆動信号SA(図2(B),図3(B))の波形において液晶素子内の共通電極(図示せず)の電位Vcomを基準としてDC(直流:Direct Current)バランスをとる必要があるため、駆動信号SAの波形において、正極性(駆動電圧が(+V1))のものと、負極性(駆動電圧が(−V1)のものとが交互に出現するようになっている。そして正極性の場合には、液晶素子12への入射光の偏光角が90°回転する一方、負極性の場合には、液晶素子12への入射光の偏光角は回転しないようになっている。
In the
また、レーザ10からの照射光L0の波形においても、駆動信号SAの波形に同期して、照射光L0が発せられる期間(光源がON状態の期間:アクティブ期間)と発せられない期間(光源がOFF状態の期間:非アクティブ期間)とが交互に出現し(図2(A),図3(A))、これによりパルス照射をなすようになっている。
Also, in the waveform of the irradiation light L0 from the
したがって、例えば図2に示したように、照射光L0が発せられるアクティブ期間に駆動信号SAが正極性となる画素では、液晶素子12へ入射した照射光L0の偏光角が90°回転し、その結果変調光L1が偏光板11Bを透過することにより、光変調素子1から変調光L2が出力され、いわゆる白表示状態となる。一方、例えば図3に示したように、照射光L0が発せられるアクティブ期間に駆動信号SAが負極性となる画素では、液晶素子12へ入射した照射光L0の偏光角は回転せず、その結果変調光L1が偏光板11Bにおいて遮断されることにより、光変調素子1から変調光L2が出力されず、いわゆる黒表示状態となる。
Therefore, for example, as shown in FIG. 2, in the pixel in which the drive signal SA is positive during the active period in which the irradiation light L0 is emitted, the polarization angle of the irradiation light L0 incident on the
ここで、液晶素子12には、例えば液晶の構成材料や、駆動電圧、素子の温度などに応じた応答時間(例えば、立ち上がり時間trや立ち下り時間tf)というものが存在し、実際には駆動信号SAのようにパルス波形状には動作しない。
Here, the
したがって、例えば図15に示した従来の光源装置(光変調装置)では、例えば図4や図5に示したように動作する。具体的には、図4に示した白表示状態のときには、駆動信号S100(図4(B)中の実線)のパルス波形に対して、実際に液晶素子112は図4(B)中の点線のように動作し、立ち上がり時間trおよび立ち下がり時間tfが生じている。このため、液晶素子112から出力される変調光L102(図4(C))において、立ち上がり時間trにより生じた符号P101の領域に相当する分、アクティブ期間における変調光L102の光量が減少する一方、立ち上がり時間tfにより生じた符号P102の領域では、非アクティブ期間内であり照射光L100が発せられていない(図4(A))ため、変調光L102が出力されず、光量の増加には寄与しない。よって、白表示状態のときには、立ち上がり時間tfにより、理想状態と比べて変調光L102の光量(輝度)が減少してしまうことになる。なお、ここでは立ち上がり時間trおよび立ち上がり時間tfは、駆動信号が立ち上がってからまたは立ち下がってから変調光の光量が50%となるまでの時間と定義している。
Therefore, for example, the conventional light source device (light modulation device) shown in FIG. 15 operates as shown in FIG. 4 and FIG. Specifically, in the white display state shown in FIG. 4, the
また、図5に示した黒表示状態のときにも、同様に駆動信号S100(図5(B)中の実線)のパルス波形に対して、実際に液晶素子112は図5(B)中の点線のように動作し、立ち上がり時間trおよび立ち下がり時間tfが生じている。このため、液晶素子112から出力される変調光L102(図5(C))において、立ち下がり時間tfにより生じた符号P103の領域に相当する分だけ、アクティブ期間において変調光L102が出力され、漏れ光が生じてしまう。よって、黒表示状態のときには、立ち下がり時間tfにより、理想状態と比べて変調光L102の光量(輝度)が増加してしまうことになる。
Similarly, in the black display state shown in FIG. 5, the
このようにして従来の光変調装置では、白表示状態のときには立ち上がり時間trによって、理想状態と比べて変調光L102の光量(輝度)が減少してしまう一方、黒表示状態のときには立ち下がり時間tfにより、理想状態と比べて変調光L102の光量(輝度)が増加してしまうため、例えばこの光変調装置を画像表示装置に適用した場合には、表示画像のコントラストが低下し、画質が劣化してしまうことになる。 As described above, in the conventional light modulation device, the light amount (luminance) of the modulated light L102 is reduced by the rise time tr in the white display state as compared with the ideal state, while the fall time tf in the black display state. As a result, the amount of light (brightness) of the modulated light L102 increases compared to the ideal state. For example, when this light modulation device is applied to an image display device, the contrast of the display image is lowered and the image quality is deteriorated. It will end up.
そこで本実施の形態の光変調装置では、光変調素子1から出力される変調光L2が検出され、この検出された変調光に基づいて液晶素子12の駆動波形(駆動信号SAの波形)が制御されるようになっている。具体的には、まず、ハーフミラー21において反射された光変調素子1からの変調光L2の一部が、検出光L3としてフォトディテクタ22において検出されて検出信号SBが出力されると共に、この検出信号SBがコンパレータ23において2値化され、2値化信号SCとして駆動部3内の位相比較部31へ出力される。
Therefore, in the light modulation device of the present embodiment, the modulated light L2 output from the
次いで、位相比較部31では、白表示状態の場合、例えば図6に示したように、駆動信号SA(図6(B))と2値化信号SC(図6(D))との位相差が比較され、その比較結果である立ち上がり時間trの値が駆動制御部32へ出力される。一方、黒表示状態の場合、例えば図7に示したように、駆動信号SA(図7(B))と2値化信号SC(図7(D))との位相差が比較され、その比較結果である立ち下がり時間tfの値が駆動制御部32へ出力される。
Next, in the case of the white display state, the
そして駆動制御部32によって、例えば白表示状態の場合、立ち上がり時間trの長さ分、例えば駆動信号SAから駆動信号SA’のように(図6(E))、駆動波形が時間軸上において前へシフトするよう、液晶素子駆動部33の駆動動作が制御される。これにより、駆動制御後の変調光L2’は例えば図6(F)に示したようになり、光量減少分の領域が、変調光L2(図6(C))における符号P1の領域から符号P1’aの領域にまで減ることになる。なお、立ち下がり時間tfの長さによっては、符号P1’aの領域分に加えて、図6(F)に示した符号P1’bの領域分も変調光L2’の光量が減ることになるが、そのような場合であっても、もとの符号P1の領域分と比べると光量の減少量が小さくなる。
Then, by the
一方、例えば黒表示状態の場合、立ち下がり時間tfの長さに相当する分だけ、例えば駆動信号SAから駆動信号SA’のように(図7(E))、駆動波形が時間軸上において前へシフトするよう、液晶素子駆動部33の駆動動作が制御される。これにより、駆動制御後の変調光L2’は例えば図7(F)に示したようになり、変調光L2における漏れ光の光量に相当する領域が、変調光L2(図7(C))における符号P3の領域から符号P3’aの領域にまで減ることになる。なお、立ち上がり時間trの長さによっては、符号P3’aの領域分に加えて、図7(F)に示した符号P3’bの領域分も漏れ光の光量に対応することになるが、そのような場合であっても、もとの符号P3の領域分と比べると漏れ光の光量が減少する。
On the other hand, for example, in the case of a black display state, the drive waveform is moved forward on the time axis by an amount corresponding to the length of the fall time tf, for example, from the drive signal SA to the drive signal SA ′ (FIG. 7E). The driving operation of the liquid crystal
以上のように本実施の形態では、光検出部2によって光変調素子1で変調された光(変調光L2)の一部を検出し、検出された変調光L3に基づいて、駆動部3内の駆動制御部32が光変調素子1(液晶素子12)の駆動波形を制御するようにしたので、レーザ10から発せられる照射光L0の出射タイミングと、液晶素子12の動作タイミングとを、より良く適合し得る。また、光変調素子の種類や構成によらずに、タイミングを適合することができる。よって、光変調素子1の種類や構成によらず、光の利用効率を向上させることが可能となり、例えばこの光変調装置を画像表示装置に適用した場合には、表示画像のコントラストを高め、画質を向上させることが可能となる。
As described above, in the present embodiment, a part of the light (modulated light L2) modulated by the
なお、本実施の形態では、光変調素子1(液晶素子12)の駆動波形を時間軸上でシフトさせることにより、この駆動波形を制御する場合について説明したが、駆動波形の立ち上がり時間trや立ち下がり時間tfの取り方によって駆動波形のパルス幅を変化させることにより、駆動波形を制御するようにしてもよい。 In this embodiment, the case where the drive waveform is controlled by shifting the drive waveform of the light modulation element 1 (liquid crystal element 12) on the time axis has been described. However, the rise time tr and the rise of the drive waveform are described. The drive waveform may be controlled by changing the pulse width of the drive waveform depending on how the fall time tf is taken.
[第2の実施の形態]
次に、本発明の第2の実施の形態について説明する。上記第1の実施の形態では、検出した変調光に基づいて液晶素子の駆動波形を制御する光変調装置について説明したが、本実施の形態の光変調装置(光源装置)は、検出した変調光に基づいて照射光のパルス波形を制御するようにしたものであり、装置の構成は図1に示した第1の実施の形態の構成と同様である。なお、第1の実施の形態における構成要素と同一のものには同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described. In the first embodiment, the light modulation device that controls the driving waveform of the liquid crystal element based on the detected modulated light has been described. However, the light modulation device (light source device) of the present embodiment uses the detected modulated light. And the configuration of the apparatus is the same as the configuration of the first embodiment shown in FIG. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same thing as the component in 1st Embodiment, and description is abbreviate | omitted suitably.
図8および図9は、本実施の形態に係る光変調装置(光源装置)における動作をタイミング波形で表したものであり、図8は白表示状態の場合を、図9は黒表示状態の場合を、それぞれ表している。 8 and 9 show the operation of the light modulation device (light source device) according to the present embodiment in a timing waveform. FIG. 8 shows a case of a white display state, and FIG. 9 shows a case of a black display state. Respectively.
本実施の形態の光変調装置(光源装置)では、第1の実施の形態と同様にして光変調素子1からの変調光L2の一部が検出され、この検出光L3に基づいて立ち上がり時間trまたは立ち下がり時間tfが位相比較部31から出力されると、駆動制御部32によって光源駆動部34の駆動動作が制御され、レーザ10から発せられるパルス光である照射光L0のパルス波形が制御される。
In the light modulation device (light source device) of the present embodiment, a part of the modulated light L2 from the
具体的には、白表示状態の場合、例えば図8(E)に示したように立ち上がり時間trの長さに相当する分だけ、照射光L0から照射光L0’のように(図8(E))、照射光のパルス波形が時間軸上において後ろへシフトするよう、光源駆動部34の駆動動作が制御される。これにより、駆動制御後の変調光L2”では、光量減少分の領域が、変調光L2(図8(C))における符号P1の領域から符号P1”aの領域にまで減ることになる。なお、立ち下がり時間tfの長さによっては、符号P1”aの領域分に加えて、図8(C)に示した符号P1”bの領域分も変調光L2”の光量が減ることになるが、そのような場合であっても、もとの符号P1の領域分と比べると光量の減少量が小さくなる。なお、例えば図8(F)に示したように立ち上がり時間trの長さ分、照射光L0から照射光L0”のように、照射光のパルス波形のパルス幅が狭くなるよう、光源駆動部34の駆動動作を制御するようにしてもよく、その場合は光量減少分の領域が符号P1”aの領域にまで減ることになり、光量の減少量をより小さくすることができる。
Specifically, in the case of the white display state, for example, as shown in FIG. 8E, the irradiation light L0 to the irradiation light L0 ′ by an amount corresponding to the length of the rise time tr (FIG. 8E )), The driving operation of the light
一方、黒表示状態の場合、例えば図9(E)に示したように立ち下がり時間tfの長さに相当する分だけ、照射光L0から照射光L0’のように(図9(E))、照射光のパルス波形が時間軸上において後ろへシフトするよう、光源駆動部34の駆動動作が制御される。これにより、駆動制御後の変調光L2”では、漏れ光の領域が、変調光L2(図9(C))における符号P3の領域から符号P3”aの領域にまで減ることになる。なお、立ち上がり時間trの長さによっては、符号P3”aの領域分に加えて、図9(C)に示した符号P3”bの領域分も変調光L2”の漏れ光に相当することになるが、そのような場合であっても、もとの符号P3の領域分と比べると漏れ光の光量が小さくなる。なお、例えば図9(F)に示したように立ち下がり時間tfの長さに相当する分だけ、照射光L0から照射光L0”のように、照射光のパルス波形のパルス幅が狭くなるよう、光源駆動部34の駆動動作を制御するようにしてもよく、その場合は漏れ光の光量の領域が符号P3”aの領域にまで減ることになり、漏れ光の光量をより小さくすることができる。
On the other hand, in the black display state, for example, as shown in FIG. 9 (E), the irradiation light L0 to the irradiation light L0 ′ corresponding to the length of the fall time tf (FIG. 9 (E)). The driving operation of the light
以上のように本実施の形態では、光検出部2によって光変調素子1で変調された光(変調光L2)の一部を検出し、検出された変調光L3に基づいて、駆動部3内の駆動制御部32がレーザ10から発せられる照射光L0のパルス波形を制御するようにしたので、レーザ10から発せられる照射光L0の出射タイミングと、液晶素子12の動作タイミングとを、より良く適合し得る。また、光変調素子の種類や構成によらずに、タイミングを適合することができる。よって、本実施の形態においても、光変調素子1の種類や構成によらず、光の利用効率を向上させることが可能となり、例えばこの光変調装置(光源装置)を画像表示装置に適用した場合には、表示画像のコントラストを高め、画質を向上させることが可能となる。
As described above, in the present embodiment, a part of the light (modulated light L2) modulated by the
以上、第1および第2の実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。 Although the present invention has been described with reference to the first and second embodiments, the present invention is not limited to these embodiments, and various modifications can be made.
例えば、図10(白表示状態の場合)および図11(黒表示状態の場合)にそれぞれ示したように、第1の実施の形態で説明した液晶素子12の駆動波形の制御と、第2の実施の形態で説明した照射光L0のパルス波形の制御との両者を組み合わせて行うようにしてもよい。このように構成した場合、上記第1および第2の実施の形態と比べ、より光の利用効率を向上させることが可能となる。
For example, as shown in FIG. 10 (in the case of a white display state) and FIG. 11 (in the case of a black display state), the control of the drive waveform of the
また、上記実施の形態では、検出した変調光L2に基づいて、液晶素子12の駆動波形または照射光L0のパルス波形を制御する場合について説明したが、例えば図12(白表示状態の場合)および図13(黒表示状態の場合)にそれぞれ示したように、検出した変調光L2に基づいて、例えば駆動信号SAの駆動波形の電圧(駆動電圧)や液晶素子12の温度を変化させることにより、液晶素子12の応答時間を短くし(立ち上がりまたは立ち下がりの際の傾きを大きくし)、立ち上がり時間trまたは立ち下がり時間tfが短くなるようにしてもよい。具体的には、駆動電圧が高くなるように制御したり、例えばペルティエ素子等によって液晶素子12の温度が高くなるように制御する。このように構成した場合も、図12や図13に示したように、白表示時における調整光の光量の減少量や、黒表示時における漏れ光の光量を小さくすることができる。具体的には、例えば駆動電圧を67%高く設定した場合、例えば立ち上がり時間trをもとの時間の67%まで小さくすることができ、例えば立ち下がり時間tfをもとの時間の78%まで小さくすることができる。また、例えば液晶素子12の温度を60%高く設定した場合、例えば立ち上がり時間trをもとの時間の54%まで小さくすることができ、例えば立ち下がり時間tfをもとの時間の64%まで小さくすることができる。さらに、例えば駆動電圧を67%高く設定し、かつ液晶素子12の温度を60%高く設定した場合、例えば立ち上がり時間trをもとの時間の29%まで小さくすることができ、例えば立ち下がり時間tfをもとの時間の40%まで小さくすることができる。なお、液晶素子12の駆動波形や照射光L0のパルス波形の制御と組み合わせて用いるようにしてもよい。
In the above embodiment, the case where the drive waveform of the
また、上記実施の形態では、立ち上がり時間trおよび立ち下がり時間tfを、変調光L2の光量の50%で規定しているが、これには限られない。また、1点だけから位相差を判定するのではなく、複数点から判定してもよい。また、立ち上がり時間trや立ち下り時間tfそれ自体に基づいて駆動波形液晶素子12の駆動波形や照射光L0のパルス波形を制御するのではなく、立ち上がり時間trや立ち下り時間tfに基づいて駆動波形やパルス波形のシフト量やパルス幅変化量を調整し、駆動波形やパルス波形を制御するようにしてもよい。さらに、これら駆動波形やパルス波形の制御を、画像表示に利用しない他のタイミング領域(例えば、フレームの先頭などのタイミング領域)において行うようにしてもよい。
In the above embodiment, the rise time tr and the fall time tf are defined as 50% of the light amount of the modulated light L2, but the present invention is not limited to this. Further, instead of determining the phase difference from only one point, the determination may be made from a plurality of points. In addition, the drive waveform of the drive waveform
また、ハーフミラー21およびフォトディテクタ22の位置は、変調光L2を検出できる場所であれば、光路上のどの位置でもよい。
The positions of the
また、上記実施の形態では、照射光L0の光源をレーザにより構成した場合について説明したが、レーザ以外にも、例えば発光ダイオード(LED;Light Emitting Diode)などにより構成してもよい。 Moreover, although the case where the light source of irradiation light L0 was comprised with the laser was demonstrated in the said embodiment, you may comprise with a light emitting diode (LED; Light Emitting Diode) etc. other than a laser, for example.
また、上記実施の形態では、液晶素子12が強誘電性の液晶素子である場合について説明したが、強誘電性の液晶素子以外の液晶素子でもよく、さらに液晶素子以外の光変調素子でもよい。
In the above embodiment, the
さらに、上記実施の形態では、照射光L0を透過しつつ変調する透過型の光変調素子について説明したが、照射光L0を反射しつつ変調する反射型の光変調素子であってもよい。 Furthermore, in the above-described embodiment, the transmission type light modulation element that modulates the irradiation light L0 while transmitting it has been described. However, a reflection type light modulation element that modulates the irradiation light L0 while reflecting it may be used.
本発明の光変調装置は、例えば図14に示したような3次元表示装置における光変調素子1(2次元空間光変調器)や空間フィルタ6に適用することが可能である。このように構成することで、図14に示した装置単体で、従来に比べて空間的に密度が高く、かつ大量の光線群を生成することが可能となる。具体的には、図14に示した3次元表示装置(本発明の光変調装置を光変調素子1に適用した場合の構成)は、光源10と、光源1からの光を整形する照明光学系2と、複数の画素を有し、光源からの光を画素ごとに変調して2次元映像を生成するSLM(空間光変調器:光変調素子)1と、空間光変調器1により生成された2次元映像における空間周波数に対するフーリエ変換像を形成する第1のレンズ51と、フーリエ変換像を空間的かつ時間的にフィルタリングするための時間的な開口制御が可能な空間フィルタ6とを備えている。この3次元表示装置はさらに、空間フィルタ6によりフィルタリングされたフーリエ変換像を逆フーリエ変換することにより、空間光変調器1により生成された2次元映像の実像(逆フーリエ変換像)7を形成する第2のレンズ52と、空間フィルタ6によりフィルタリングされたフーリエ変換像の共役像8を形成する第3のレンズ53とを備えている。なお、f1は第1のレンズ51の焦点距離、f2は第2のレンズ52の焦点距離、f3は第3のレンズ53の焦点距離を示している。また、空間光変調器1は、「光変調手段」の一具体例に対応する。第1のレンズ51は、「回折像形成手段」の一具体例に対応する。空間フィルタ6は、「回折像選択手段」の一具体例に対応する。第2のレンズ52および第3のレンズ53は、「共役像形成手段」の一具体例に対応する。このような構成の3次元表示装置によれば、空間光変調器1により生成された2次元映像における空間周波数に対するフーリエ変換像を、空間フィルタ6により空間的かつ時間的にフィルタリングし、そのフィルタリングされたフーリエ変換像の共役像8を形成するようにしたので、装置全体を大型化することなく、空間的に高い密度で光線群を生成・散布することができる。また、光線群の構成要素である個々の光線を独立して時間的および空間的に制御することができる。これにより、実世界の物体と同質に近い光線による立体映像を得ることができる。
The light modulation device of the present invention can be applied to, for example, the light modulation element 1 (two-dimensional spatial light modulator) or the
1…光変調素子、10…レーザ、11A,11B…偏光版、12…液晶素子、2…光検出部、21…ハーフミラー、22…フォトディテクタ、23…コンパレータ、3…駆動部、31…位相比較部、32…駆動制御部、33…液晶素子駆動部、34…光源駆動部、4…照明光学系、51〜53…第1〜第3のレンズ、6…空間フィルタ、7…2次元映像の実像(逆フーリエ変換像)、8…フーリエ変換の共役像、L0,L0’,L0”…照射光、L1,L2,L2’…変調光、L3…検出光、SA,SA’…駆動信号(参照信号)、SB…検出信号、SC…2値化信号、tr…立ち上がり時間、tf…立ち下がり時間、Vcom…コモン電極電位、V1…駆動電圧。
DESCRIPTION OF
Claims (22)
前記変調光を検出する検出手段と、
検出された変調光に基づいて前記光変調素子の駆動波形を制御する制御手段と
を備えたことを特徴とする光変調装置。 A light modulation element that modulates light from the light source and outputs modulated light; and
Detecting means for detecting the modulated light;
And a control means for controlling a drive waveform of the light modulation element based on the detected modulated light.
ことを特徴とする請求項1に記載の光変調装置。 The light modulation apparatus according to claim 1, wherein the control unit shifts the drive waveform on a time axis.
ことを特徴とする請求項2に記載の光変調装置。 3. The optical modulation device according to claim 2, wherein the control unit shifts the drive waveform forward on the time axis by an amount corresponding to a length of a rise time or a fall time of the drive waveform.
ことを特徴とする請求項1に記載の光変調装置。 The light modulation device according to claim 1, wherein the control unit changes a voltage of the drive waveform.
ことを特徴とする請求項4に記載の光変調装置。 The light modulation device according to claim 4, wherein the control unit performs control so that a voltage of the driving waveform is increased.
ことを特徴とする請求項1に記載の光変調装置。 The light modulation device according to claim 1, wherein the control unit changes a temperature of the light modulation element.
ことを特徴とする請求項6に記載の光変調装置。 The light modulation device according to claim 6, wherein the control unit controls the temperature of the light modulation element to be high.
前記制御手段は、前記光変調素子の駆動波形および前記パルス光のパルス波形を制御する
ことを特徴とする請求項1に記載の光変調装置。 The light source emits pulsed light;
The light modulation device according to claim 1, wherein the control unit controls a drive waveform of the light modulation element and a pulse waveform of the pulsed light.
ことを特徴とする請求項8に記載の光変調装置。 The light modulation device according to claim 8, wherein the control unit shifts the pulse waveform on a time axis.
ことを特徴とする請求項9に記載の光変調装置。 The light modulation device according to claim 9, wherein the control unit shifts the pulse waveform backward on the time axis.
ことを特徴とする請求項8に記載の光変調装置。 The light modulation device according to claim 8, wherein the control unit changes a pulse width of the pulsed light.
ことを特徴とする請求項11に記載の光変調装置。 The light modulation device according to claim 11, wherein the control unit controls the pulse light to have a narrow pulse width.
ことを特徴とする請求項1に記載の光変調装置。 The light modulation device according to claim 1, wherein the light modulation element is a ferroelectric liquid crystal element.
前記パルス光を変調して変調光を出力する光変調素子と、
前記変調光を検出する検出手段と、
検出された変調光に基づいて前記パルス光のパルス波形を制御する制御手段と
を備えたことを特徴とする光源装置。 A light source that emits pulsed light;
A light modulation element that modulates the pulsed light and outputs modulated light; and
Detecting means for detecting the modulated light;
And a control unit that controls a pulse waveform of the pulsed light based on the detected modulated light.
ことを特徴とする請求項14に記載の光源装置。 The light source apparatus according to claim 14, wherein the control unit shifts the pulse waveform on a time axis.
ことを特徴とする請求項15に記載の光源装置。 The light source device according to claim 15, wherein the control unit shifts the pulse waveform backward on the time axis.
ことを特徴とする請求項14に記載の光源装置。 The light source apparatus according to claim 14, wherein the control unit changes a pulse width of the pulsed light.
ことを特徴とする請求項17に記載の光源装置。 The light source device according to claim 17, wherein the control unit controls the pulse light to have a narrow pulse width.
ことを特徴とする請求項14に記載の光源装置。 The light source device according to claim 14, wherein the light modulation element is a ferroelectric liquid crystal element.
前記変調光を検出する検出手段と、
検出された変調光に基づいて前記光変調素子の駆動波形を制御する制御手段と
を備えたことを特徴とする光変調素子制御回路。 A control circuit applied to a light modulation element that modulates light from a light source and outputs modulated light,
Detecting means for detecting the modulated light;
And a control means for controlling a drive waveform of the light modulation element based on the detected modulated light.
前記制御手段は、前記光変調素子の駆動波形および前記パルス光のパルス波形を制御する
ことを特徴とする請求項20に記載の光変調素子制御回路。 The light source emits pulsed light;
21. The light modulation element control circuit according to claim 20, wherein the control unit controls a drive waveform of the light modulation element and a pulse waveform of the pulsed light.
前記変調光を検出する検出手段と、
検出された変調光に基づいて前記パルス光のパルス波形を制御する制御手段と
を備えたことを特徴とする光源装置制御回路。 A control circuit applied to a light source device that modulates pulsed light emitted from a light source and outputs modulated light,
Detecting means for detecting the modulated light;
And a control means for controlling a pulse waveform of the pulsed light based on the detected modulated light.
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