JP2008076971A - 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 - Google Patents

Abstract

【課題】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を提供する。
【解決手段】光検出部２が、光変調素子１で変調された光（変調光Ｌ２）の一部を検出する。また、駆動部３内の駆動制御部３２が、検出された変調光Ｌ３に基づいて光変調素子１（液晶素子１２）の駆動波形を制御する。光変調素子１の種類や構成によらずに、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が、より良く適合し得る。検出された変調光Ｌ３に基づいて、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てもよい。
【選択図】図１

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。

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。

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。

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。

特開２００１−７５０４５号公報

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

［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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

［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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

本発明の第１の実施の形態に係る光変調装置の構成を表すブロック図である。 白表示時の基本動作を説明するためのタイミング波形図である。 黒表示時の基本動作を説明するためのタイミング波形図である。 比較例に係る白表示時の動作を表すタイミング波形図である。 比較例に係る黒表示時の動作を表すタイミング波形図である。 第１の実施の形態に係る白表示時の素子駆動波形制御動作を説明するためのタイミング波形図である。 第１の実施の形態に係る黒表示時の素子駆動波形制御動作を説明するためのタイミング波形図である。 本発明の第２の実施の形態に係る白表示時の出射波形制御動作を説明するためのタイミング波形図である。 第２の実施の形態に係る黒表示時の出射波形制御動作を説明するためのタイミング波形図である。 本発明の変形例に係る白表示時の素子駆動波形および出射波形の制御動作を説明するためのタイミング波形図である。 本発明の変形例に係る黒表示時の素子駆動波形および出射波形の制御動作を説明するためのタイミング波形図である。 本発明の変形例に係る白表示時の素子駆動波形制御動作を説明するためのタイミング波形図である。 本発明の変形例に係る黒表示時の素子駆動波形制御動作を説明するためのタイミング波形図である。 図１に示した光変調装置を３次元表示装置に適用した場合の構成例を表すブロック図である。 従来の光変調装置（光源装置）の構成例を表すブロック図である。

符号の説明

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。

Claims (22)

1. 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、
   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。
2. 前記制御手段は、前記駆動波形を時間軸上でシフトさせる
   ことを特徴とする請求項１に記載の光変調装置。
3. 前記制御手段は、前記駆動波形の立ち上がり時間または立ち下がり時間の長さに相当する分だけ、駆動波形を時間軸上において前へシフトさせる
   ことを特徴とする請求項２に記載の光変調装置。
4. 前記制御手段は、前記駆動波形の電圧を変化させる
   ことを特徴とする請求項１に記載の光変調装置。
5. 前記制御手段は、前記駆動波形の電圧が高くなるように制御する
   ことを特徴とする請求項４に記載の光変調装置。
6. 前記制御手段は、前記光変調素子の温度を変化させる
   ことを特徴とする請求項１に記載の光変調装置。
7. 前記制御手段は、前記光変調素子の温度が高くなるように制御する
   ことを特徴とする請求項６に記載の光変調装置。
8. 前記光源がパルス光を発するものであり、
   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。
9. 前記制御手段は、前記パルス波形を時間軸上でシフトさせる
   ことを特徴とする請求項８に記載の光変調装置。
10. 前記制御手段は、前記パルス波形を時間軸上において後ろへシフトさせる
    ことを特徴とする請求項９に記載の光変調装置。
11. 前記制御手段は、前記パルス光のパルス幅を変化させる
    ことを特徴とする請求項８に記載の光変調装置。
12. 前記制御手段は、前記パルス光のパルス幅が狭くなるように制御させる
    ことを特徴とする請求項１１に記載の光変調装置。
13. 前記光変調素子が、強誘電性の液晶素子である
    ことを特徴とする請求項１に記載の光変調装置。
14. パルス光を発する光源と、
    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。
15. 前記制御手段は、前記パルス波形を時間軸上でシフトさせる
    ことを特徴とする請求項１４に記載の光源装置。
16. 前記制御手段は、前記パルス波形を時間軸上において後ろへシフトさせる
    ことを特徴とする請求項１５に記載の光源装置。
17. 前記制御手段は、前記パルス光のパルス幅を変化させる
    ことを特徴とする請求項１４に記載の光源装置。
18. 前記制御手段は、前記パルス光のパルス幅が狭くなるように制御させる
    ことを特徴とする請求項１７に記載の光源装置。
19. 前記光変調素子が、強誘電性の液晶素子である
    ことを特徴とする請求項１４に記載の光源装置。
20. 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、
    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。
21. 前記光源がパルス光を発するものであり、
    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。
22. 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、
    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。

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