JP2016130821A - Image display device - Google Patents
Image display device Download PDFInfo
- Publication number
- JP2016130821A JP2016130821A JP2015005700A JP2015005700A JP2016130821A JP 2016130821 A JP2016130821 A JP 2016130821A JP 2015005700 A JP2015005700 A JP 2015005700A JP 2015005700 A JP2015005700 A JP 2015005700A JP 2016130821 A JP2016130821 A JP 2016130821A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- pixel structure
- image
- spatial light
- phase difference
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Projection Apparatus (AREA)
- Devices For Indicating Variable Information By Combining Individual Elements (AREA)
- Liquid Crystal (AREA)
Abstract
Description
本発明は、画像表示装置に関するものである。 The present invention relates to an image display device.
プロジェクタなどの画像表示装置において、表示画像（投射画像）の画質を表す指標の１つであるコントラスト比は、被投射物（例えば、スクリーンなど）に表示された画像全体を白色にしたときの輝度と、同じく画像全体を黒色にしたときの輝度を比較して、その比率により算出される。 In an image display device such as a projector, the contrast ratio, which is one of the indexes representing the image quality of a display image (projection image), is the brightness when the entire image displayed on the projection object (for example, a screen) is white. Similarly, the brightness when the whole image is black is compared and calculated by the ratio.
一般に、コントラスト比が高い画像は、黒色部分の輝度が低いので元の画像の再現性（元の画像への忠実度）が高くて画質が良い。一方、コントラスト比が低い画像は、黒色部分の輝度が高いので元の画像の再現性（元の画像への忠実度）が低く画質が悪い。コントラスト比が低い画像は、暗闇を表示した場合でも「黒浮き」などが生じる。 In general, an image with a high contrast ratio has a low black portion luminance, so that the reproducibility of the original image (fidelity to the original image) is high and the image quality is good. On the other hand, an image with a low contrast ratio has a high luminance in the black portion, so that the reproducibility of the original image (fidelity to the original image) is low and the image quality is poor. An image with a low contrast ratio causes “black floating” even when darkness is displayed.
そこで、プロジェクタはコントラスト比が高い方が望ましく、コントラスト比を低下させる要因を排除することが望ましい。コントラスト比の低下要因の一つとして、プロジェクタ内部に配置される光学系において生ずる迷光やゴースト光などが知られている。ここで、迷光やゴースト光は、投射画像を形成する画像光以外の光のことをいう。なお、「画像光」とは、空間光変調素子からスクリーンに到達する光のうち、表示画像の形成に寄与する光のことをいう。迷光やゴースト光の発生原因として、プロジェクタ内部の光学系における光の多重反射や、光の散乱、光の回折などがある。特に、空間光変調素子における光の回折によって迷光が生じやすい。 Therefore, it is desirable for the projector to have a high contrast ratio, and it is desirable to eliminate factors that lower the contrast ratio. As one of the factors for decreasing the contrast ratio, stray light, ghost light, and the like generated in an optical system arranged inside the projector are known. Here, stray light or ghost light refers to light other than image light that forms a projected image. Note that “image light” refers to light that contributes to the formation of a display image among light reaching the screen from the spatial light modulator. The causes of stray light and ghost light include multiple reflection of light in the optical system inside the projector, light scattering, and light diffraction. In particular, stray light tends to occur due to light diffraction in the spatial light modulator.
そこで、回折型の空間光変調素子を備える画像表示装置において、迷光やゴースト光の原因となる回折光を弱めるために、表示画像の各画素に各々対応する画素構造に複素振幅変調パターンを設けた画像表示装置が知られている（例えば、特許文献１を参照）。 Therefore, in an image display device including a diffractive spatial light modulator, a complex amplitude modulation pattern is provided in a pixel structure corresponding to each pixel of a display image in order to weaken diffracted light that causes stray light or ghost light. An image display device is known (see, for example, Patent Document 1).
特許文献１の画像表示装置は、回折型の空間光変調素子に設けた複素振幅変調パターンによって一次回折光を弱める。したがって、全ての画素構造に対して複素振幅変調パターンを設ける必要がある、また、複素振幅変調パターンの形状が複雑なものになる。 The image display device of Patent Document 1 weakens the first-order diffracted light by a complex amplitude modulation pattern provided in a diffractive spatial light modulator. Therefore, it is necessary to provide a complex amplitude modulation pattern for all pixel structures, and the shape of the complex amplitude modulation pattern becomes complicated.
本発明は、空間光変調素子において変調される光に位相差を与えることで回折光を低減する画像表示装置を提供することを目的とする An object of the present invention is to provide an image display device that reduces diffracted light by giving a phase difference to light modulated by a spatial light modulator.
本発明は、光源を有する照明光学系と、前記照明光学系からの入射光に基づいて投射画像を形成する画像光を出射する空間光変調素子と、前記空間光変調素子からの画像光を被投射物に向けて投射する投射光学系と、を有する画像表示装置であって、前記空間光変調素子は、前記投射画像を構成する画素の各々に対応する画素構造を有し、前記画素構造は、前記入射光に対して位相差を生じさせる部分と位相差を生じさせない部分を含む、ことを最も主な特徴とする。 The present invention includes an illumination optical system having a light source, a spatial light modulation element that emits image light that forms a projection image based on incident light from the illumination optical system, and image light from the spatial light modulation element. A projection optical system for projecting toward a projectile, wherein the spatial light modulator has a pixel structure corresponding to each of the pixels constituting the projection image, and the pixel structure is The main feature is that it includes a portion that causes a phase difference with respect to the incident light and a portion that does not cause a phase difference.
本発明によれば、空間光変調素子において変調される光に位相差を与えることで回折光を低減できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, a diffracted light can be reduced by giving a phase difference to the light modulated in a spatial light modulation element.
以下、本発明に係る画像表示装置の実施形態について図を用いながら説明する。図１に示すように画像表示装置であるプロジェクタ１００は少なくとも、照明光学系１と、空間光変調素子２と、投射光学系３と、を有してなる。 Hereinafter, embodiments of an image display apparatus according to the present invention will be described with reference to the drawings. As shown in FIG. 1, a projector 100 that is an image display device includes at least an illumination optical system 1, a spatial light modulation element 2, and a projection optical system 3.
照明光学系１は、空間光変調素子２を照明する光を出射する光学系である。照明光学系１は、光源１１と、防爆ガラス１２と、カラーホイール１３と、光均一化素子１４と、第１リレーレンズ１５と、第２リレーレンズ１６と、第１折り返しミラー１７と、第２折り返しミラー１８と、を有してなる。 The illumination optical system 1 is an optical system that emits light that illuminates the spatial light modulator 2. The illumination optical system 1 includes a light source 11, an explosion-proof glass 12, a color wheel 13, a light uniformizing element 14, a first relay lens 15, a second relay lens 16, a first folding mirror 17, and a second mirror. And a folding mirror 18.
光源１１から出射された光は、表示画像に係る信号に応じて制御されるカラーホイール１３を介して所定の色付けがなされて、光均一化素子１４に入射する。光均一化素子１４は、入射した光の照度を均一化して出射する。光均一化素子１４の出射端は面光源とみなせる状態になる。照明光学系１は、この面光源からの光を第１リレーレンズ１５、第２リレーレンズ１６、第１折り返しミラー１７、第２折り返しミラー１８、を介して空間光変調素子２へと導光するように構成されている。 The light emitted from the light source 11 is given a predetermined color through a color wheel 13 controlled in accordance with a signal related to the display image, and enters the light uniformizing element 14. The light uniformizing element 14 emits light with uniform illuminance of incident light. The exit end of the light homogenizing element 14 can be regarded as a surface light source. The illumination optical system 1 guides light from the surface light source to the spatial light modulator 2 via the first relay lens 15, the second relay lens 16, the first folding mirror 17, and the second folding mirror 18. It is configured as follows.
空間光変調素子２は、表示画像に係る信号に応じて動作し、照明光学系１からの光に基づいて画像光を形成する素子である。空間光変調素子２において形成された画像光は、投射光学系３に向けて出射される。なお、図１に示したプロジェクタ１００は、反射型空間光変調素子２ｂを例示しているが、透過型空間光変調素子２ａを用いることもできる。透過型空間光変調素子２ａは、照明光学系１からの光を透過させて変調し画像光を形成するので、照明光学系１の構成は図１に例示したものとは異なる。本発明に係る画像表示装置は、空間光変調素子２について特徴を有しているので、その詳細な説明は後述する。 The spatial light modulation element 2 is an element that operates according to a signal related to a display image and forms image light based on light from the illumination optical system 1. The image light formed in the spatial light modulator 2 is emitted toward the projection optical system 3. The projector 100 shown in FIG. 1 illustrates the reflective spatial light modulator 2b, but a transmissive spatial light modulator 2a may be used. Since the transmissive spatial light modulation element 2a transmits and modulates the light from the illumination optical system 1 to form image light, the configuration of the illumination optical system 1 is different from that illustrated in FIG. Since the image display apparatus according to the present invention is characterized by the spatial light modulation element 2, the detailed description thereof will be described later.
投射光学系３は、空間光変調素子２において形成された画像光（投射画像）を被投射物（例えば、スクリーン）に向けて投射する光学系である。投射光学系３は、複数の投射用レンズをレンズ鏡胴に収めて構成されている。 The projection optical system 3 is an optical system that projects the image light (projected image) formed in the spatial light modulation element 2 toward a projection object (for example, a screen). The projection optical system 3 is configured by housing a plurality of projection lenses in a lens barrel.
●空間光変調素子２
図２（ａ）は、空間光変調素子２を光の入射側（上方）から見た平面図である。図２（ａ）に示すように空間光変調素子２は、平面視の外形は矩形であって、その平面領域の殆どは画像光を形成する有効画像領域（表示領域２１）である。画像光によって表示される画像の大きさは、表示領域２１の対角線の長さによって決まる。
● Spatial light modulator 2
FIG. 2A is a plan view of the spatial light modulator 2 as viewed from the light incident side (above). As shown in FIG. 2A, the spatial light modulation element 2 has a rectangular outer shape in plan view, and most of the planar area is an effective image area (display area 21) for forming image light. The size of the image displayed by the image light is determined by the length of the diagonal line of the display area 21.
図２（ｂ）は、空間光変調素子２の表示領域２１の一部である領域Ａを拡大した平面図である。図２（ｂ）に示すように、表示領域２１には、表示画像を構成する各画素に対応する画素構造２１０が配列されている。画素構造２１０は、平面視の外形が正方形であって、一辺の長さは十μｍから数μｍである。画素構造２１０の大きさや配列数は、画像の解像度に応じて異なる。例えば、画像の解像度がＷＸＧＡ規格の場合は、１２８０×７６８個の画素構造２１０の配列を要する。 FIG. 2B is an enlarged plan view of a region A that is a part of the display region 21 of the spatial light modulator 2. As shown in FIG. 2B, a pixel structure 210 corresponding to each pixel constituting the display image is arranged in the display area 21. The pixel structure 210 has a square outer shape in plan view, and the length of one side is 10 μm to several μm. The size and the number of arrays of the pixel structure 210 vary depending on the resolution of the image. For example, when the image resolution is WXGA standard, an array of 1280 × 768 pixel structures 210 is required.
隣接する画素構造２１０は、画素ピッチｄをもって配列されている。この画素ピッチｄは、１つの画素構造２１０の有効領域の一辺の長さよりも長い。画素構造２１０は、光を変調して画像光を形成するときに、空間光変調素子２から出射される画像光に位相差δを与える位相差手段（位相差付与構造ともいう）を有している。たとえば、図２（ｂ）に示すように、入射された光に位相差δを与える第１の部分を第１画素構造２１１とし、入射された光に位相差δを与えない第２の部分を第２画素構造２１２とする。すなわち、空間光変調素子２の画素構造２１０は、第１画素構造２１１と第２画素構造２１２を組み合わせて構成されている。言い換えると、空間光変調素子２が備える位相差手段は、第１画素構造２１１と第２画素構造２１２の組み合わせにより構成されている。 Adjacent pixel structures 210 are arranged with a pixel pitch d. This pixel pitch d is longer than the length of one side of the effective area of one pixel structure 210. The pixel structure 210 includes phase difference means (also referred to as a phase difference providing structure) that gives a phase difference δ to the image light emitted from the spatial light modulation element 2 when the light is modulated to form image light. Yes. For example, as shown in FIG. 2B, the first portion that gives the phase difference δ to the incident light is the first pixel structure 211, and the second portion that does not give the phase difference δ to the incident light. A second pixel structure 212 is assumed. That is, the pixel structure 210 of the spatial light modulator 2 is configured by combining the first pixel structure 211 and the second pixel structure 212. In other words, the phase difference means included in the spatial light modulator 2 is configured by a combination of the first pixel structure 211 and the second pixel structure 212.
図２（ｃ）に示すように、空間光変調素子２は、基板２２の上に画素構造２１０が配列されていて、表示領域２１が形成されている。画素構造２１０は、入射光Ｌｉの入射方向に交差する平面上において配列されている。この表示領域２１には保護カバー２３が設けられている。保護カバー２３は、透明な部材であって、空間光変調素子２へ入射する光は保護カバー２３を透過する。 As shown in FIG. 2C, in the spatial light modulator 2, the pixel structure 210 is arranged on the substrate 22, and the display area 21 is formed. The pixel structure 210 is arranged on a plane that intersects the incident direction of the incident light Li. The display area 21 is provided with a protective cover 23. The protective cover 23 is a transparent member, and light incident on the spatial light modulator 2 is transmitted through the protective cover 23.
図２（ｂ）に示すように、空間光変調素子２が備える画素構造２１０の配列は回折格子になる。仮に、空間光変調素子２が備える画素構造２１０に位相差δをシフトさせる位相差手段（位相差付与構造）がなければ、空間光変調素子２に入射した光の回折は以下のようになる。すなわち、入射光Ｌｉの波長を「λ」、回折角を「θ」とすると、画素ピッチｄと波長λと回折角θとの関係は、以下の式１によって規定される。
（式１）ｄ・ｓｉｎθ＝ｎλ（ただし、ｎは整数）
As shown in FIG. 2B, the arrangement of the pixel structures 210 included in the spatial light modulator 2 is a diffraction grating. If the pixel structure 210 included in the spatial light modulator 2 has no phase difference means (phase difference providing structure) for shifting the phase difference δ, diffraction of light incident on the spatial light modulator 2 is as follows. That is, assuming that the wavelength of the incident light Li is “λ” and the diffraction angle is “θ”, the relationship between the pixel pitch d, the wavelength λ, and the diffraction angle θ is defined by the following Equation 1.
(Formula 1) d · sin θ = nλ (where n is an integer)
式１に示すように、ｎが整数であれば、建設的な干渉になるから回折により生じる光の強度は強くなる。仮に、ｎを整数以外とすると、破壊的な干渉になり回折により生じた光の強度は弱くなる。すなわち、回折は生じなくなる。 As shown in Expression 1, if n is an integer, the intensity of light generated by diffraction increases because of constructive interference. If n is other than an integer, destructive interference occurs and the intensity of light generated by diffraction becomes weak. That is, no diffraction occurs.
プロジェクタ１００によって表示される画像を高精細なものにするには、画素構造２１０の大きさや、空間光変調素子２における画素ピッチｄを狭くする必要がある。しかし、式１の関係から明らかなように、入射する光の波長を一定のままで画素ピッチｄを狭くした場合、回折角θが大きくなる。回折角θが大きくなると投射光学系３に迷光が入射しやすくなり、表示画像のコントラスト比を低下させる要因になる。 In order to make an image displayed by the projector 100 high-definition, it is necessary to reduce the size of the pixel structure 210 and the pixel pitch d in the spatial light modulator 2. However, as is clear from the relationship of Equation 1, when the pixel pitch d is narrowed while the wavelength of incident light remains constant, the diffraction angle θ increases. When the diffraction angle θ is increased, stray light is likely to enter the projection optical system 3, which causes a reduction in the contrast ratio of the display image.
そこでプロジェクタ１００は、空間光変調素子２に入射する光の波長を一定のままにして画素ピッチｄを狭くした場合であっても、回折により生ずる光を低減させる位相差手段を空間光変調素子２に設けている。 Therefore, the projector 100 provides phase difference means for reducing light generated by diffraction even when the pixel pitch d is narrowed while keeping the wavelength of light incident on the spatial light modulator 2 constant. Provided.
ここで、空間光変調素子２の種類について説明する。空間光変調素子２には、「透過型」と「反射型」が知られている。図３は、透過型空間光変調素子２ａの例を示している。透過型空間光変調素子２ａは、光の変調に液晶を用いる。この透過型空間光変調素子２ａは、表示画像に係る信号に応じて各々の画素構造２１０を構成する液晶分子に動的な動きを与えて、直線偏光の偏光方向を変えることにより位相を変調する。これによって、空間光変調素子２を透過するときに変調されて画像光が形成され、出射光Ｌｏとして後段に配置されている投射光学系３に向けて出射される。 Here, the type of the spatial light modulator 2 will be described. As the spatial light modulator 2, a “transmission type” and a “reflection type” are known. FIG. 3 shows an example of the transmissive spatial light modulator 2a. The transmissive spatial light modulator 2a uses liquid crystal for light modulation. This transmissive spatial light modulation element 2a modulates the phase by changing the polarization direction of linearly polarized light by dynamically moving liquid crystal molecules constituting each pixel structure 210 in accordance with a signal related to a display image. . As a result, the image light is modulated when transmitted through the spatial light modulation element 2, and emitted as the emitted light Lo toward the projection optical system 3 disposed in the subsequent stage.
ここで、本明細書において用いる「位相差δ」とは、光屈折率の異なる物質を透過した光に生じる位相の差をいう。空間光変調素子２から出射されるときに、画素構造２１０の配列（画素配列）によって出射光Ｌｏと異なる方向に向かう回折光Ｌｄを生ずる。 Here, “phase difference δ” used in this specification refers to a phase difference generated in light transmitted through substances having different optical refractive indexes. When the light is emitted from the spatial light modulator 2, diffracted light Ld is generated in a direction different from the emitted light Lo due to the arrangement (pixel arrangement) of the pixel structures 210.
図４は反射型空間光変調素子２ｂを示している。反射型空間光変調素子２ｂは、光の変調に反射材（鏡）を用いるものである。この反射型空間光変調素子２ｂは、表示画像に係る信号に応じて各々の画素構造２１０を構成する反射材に動的な動きを与えて、入射光Ｌｉの反射方向を変えることにより位相を変調する。 FIG. 4 shows a reflective spatial light modulator 2b. The reflective spatial light modulation element 2b uses a reflective material (mirror) for light modulation. The reflective spatial light modulator 2b modulates the phase by changing the reflection direction of the incident light Li by dynamically moving the reflective material constituting each pixel structure 210 according to a signal related to the display image. To do.
反射型空間光変調素子２ｂの具体例として、２次元状に配置されたマイクロミラー群により構成されるＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ、Ｔｅｘａｓ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社）が知られている。図５は、ＤＭＤである反射型空間光変調素子２ｂの一部を拡大した図である。図５に示すように、反射型空間光変調素子２ｂは、複数のマイクロミラー２２１を有してなる。このマイクロミラー２２１の一つ一つが画素構造２１０の一つ一つに相当する。ＤＭＤである反射型空間光変調素子２ｂは、各マイクロミラー２２１を個別に傾けることで入射光Ｌｉを変調することができる。 As a specific example of the reflective spatial light modulator 2b, a DMD (Digital Micromirror Device, Texas Instruments) configured by a group of two-dimensionally arranged micromirrors is known. FIG. 5 is an enlarged view of a part of the reflective spatial light modulation element 2b which is a DMD. As shown in FIG. 5, the reflective spatial light modulation element 2 b includes a plurality of micromirrors 221. Each micromirror 221 corresponds to each pixel structure 210. The reflective spatial light modulator 2b, which is a DMD, can modulate the incident light Li by tilting each micromirror 221 individually.
マイクロミラー２２１は、例えば、一辺が１０μｍ前後の微小ミラーであって、これらを異なる方向に傾けられて配列されているので、ブレーズド回折格子とみなせる。この配列格子によって回折が生じる。 The micromirror 221 is, for example, a micromirror having a side of about 10 μm, and these are tilted in different directions and thus can be regarded as a blazed diffraction grating. Diffraction occurs due to this array grating.
以上のとおり、空間光変調素子２は、透過型であっても反射型であっても回折格子とみなせるので、入射光Ｌｉによる回折が生じる。図６に示すように、仮に透過型空間光変調素子２ａに位相差手段を設けない場合は、平面波である入射光Ｌｉが入射したとき、回折格子である画素構造２１０の配列構造によって回折が生ずる。図６は、回折光Ｌｄのうち、一次回折光Ｌｄ１のみを図示している。一次回折光Ｌｄ１は、出射光Ｌｏに対して回折角θをもって出射される。なお、出射光Ｌｏは透過光（零次光）であるから、入射方向から直進して出射される。 As described above, since the spatial light modulation element 2 can be regarded as a diffraction grating regardless of whether it is a transmission type or a reflection type, diffraction by the incident light Li occurs. As shown in FIG. 6, if no phase difference means is provided in the transmissive spatial light modulator 2a, diffraction is caused by the arrangement structure of the pixel structure 210 that is a diffraction grating when incident light Li that is a plane wave is incident. . FIG. 6 illustrates only the first-order diffracted light Ld1 out of the diffracted light Ld. The first-order diffracted light Ld1 is emitted with a diffraction angle θ with respect to the emitted light Lo. Since the outgoing light Lo is transmitted light (zero-order light), it goes straight from the incident direction and is emitted.
一般に回折光Ｌｄは、上記の式１に従うから、画素ピッチｄを１０μｍ、入射光の波長λを０．５５μｍ、とするとｎ＝１のときの回折角θは３．１５°になる。同様に、ｎ＝２のときの回折角θは６．３２°、ｎ＝３のとき回折角θは９．５０°になる。なお、ｎ＝４以降も同様に回折角θが規定される。 In general, since the diffracted light Ld follows the above equation 1, if the pixel pitch d is 10 μm and the wavelength λ of the incident light is 0.55 μm, the diffraction angle θ when n = 1 is 3.15 °. Similarly, when n = 2, the diffraction angle θ is 6.32 °, and when n = 3, the diffraction angle θ is 9.50 °. Note that the diffraction angle θ is similarly defined after n = 4.
そこで、図７に示すように透過型空間光変調素子２ａのように、画素構造２１０の一部に、入射光Ｌｉの位相をλ／２だけずらす位相差手段を設ける。ここで、位相差手段において、位相をλ／２だけずらすようにした場合を仮定する。そうすると、隣接する第１画素構造２１１を通過する入射光Ｌｉと第２画素構造２１２を通過する入射光Ｌｉの波長はλ／２（半波長）ずれることになるので、これから生ずる零次光（透過光）は干渉によって消えてしまう。この場合、±１次（あるいはさらに高次の）の回折光Ｌｄのみが出射される状態になる。 Therefore, as shown in FIG. 7, a phase difference means for shifting the phase of the incident light Li by λ / 2 is provided in a part of the pixel structure 210 as in the transmissive spatial light modulator 2a. Here, it is assumed that the phase difference means shifts the phase by λ / 2. Then, the wavelengths of the incident light Li passing through the adjacent first pixel structure 211 and the incident light Li passing through the second pixel structure 212 are shifted by λ / 2 (half wavelength). Light) disappears due to interference. In this case, only ± first-order (or higher-order) diffracted light Ld is emitted.
空間光変調素子２における零次光は、画像を表示するための光（画像光）に相当するから、これが消えてしまうと画像が表示されなくなる。そこで、零次光は残しつつ、±１次の回折光Ｌｄのみを消す必要がある。 Since the zero-order light in the spatial light modulator 2 corresponds to light (image light) for displaying an image, the image is not displayed when it disappears. Therefore, it is necessary to turn off only the ± first-order diffracted light Ld while leaving the zero-order light.
図７に示したような画素構造２１０（第１画素構造２１１と第２画素構造２１２が交互に配列されている構造）を有する空間光変調素子２において、画素ピッチｄと入射光Ｌｉの波長λと回折角θとの関係は、以下の式２のようになる。
（式２）ｄ・ｓｉｎθ＝（ｎ−１／２）λ（ただし、ｎは整数）
In the spatial light modulator 2 having the pixel structure 210 (the structure in which the first pixel structure 211 and the second pixel structure 212 are alternately arranged) as shown in FIG. 7, the pixel pitch d and the wavelength λ of the incident light Li And the diffraction angle θ are as shown in Equation 2 below.
(Formula 2) d · sin θ = (n−1 / 2) λ (where n is an integer)
式２は、式１の場合とは逆であって、ｎが整数のときには破壊的な干渉となるから光の強度は弱まり、ｎがそれ以外のときには建設的な干渉となって光の強度は弱くなる。すなわち、式１と式２とでは、回折の生じる角度と生じない角度の関係が入れ替わる。 Equation 2 is the opposite of Equation 1, and when n is an integer, it becomes destructive interference, so the light intensity is weak. When n is otherwise, it becomes constructive interference and the light intensity is become weak. In other words, in Expression 1 and Expression 2, the relationship between the angle at which diffraction occurs and the angle at which it does not occur interchanges.
第１画素構造２１１と第２画素構造２１２によって与えられる位相差δをλ／２にした場合は、図６を用いて説明のとおり、零次光（画像光になる出射光Ｌｏ）が消えてしまう。そこで、位相差δをゼロからλ／２の間になるように、第１画素構造２１１と第２画素構造２１２によって与えられる位相差δを設定すれば、式１に従って生ずる回折と、式２に従って生ずる回折の中間の性質を有する回折を生じさせることができる。 When the phase difference δ given by the first pixel structure 211 and the second pixel structure 212 is λ / 2, the zero-order light (the emitted light Lo that becomes image light) disappears as described with reference to FIG. End up. Therefore, if the phase difference δ given by the first pixel structure 211 and the second pixel structure 212 is set so that the phase difference δ is between zero and λ / 2, the diffraction generated according to Equation 1 and according to Equation 2 Diffraction can be produced with intermediate properties of the resulting diffraction.
すなわち、位相差δをゼロに近づけるように第１画素構造２１１と第２画素構造２１２を設定すれば、式１に従う回折と同様の傾向が強くなる。一方、位相差δをλ／２に近づけるように第１画素構造２１１と第２画素構造２１２を設定すれば、式２に従う回折と同様の傾向が強くなる。 That is, if the first pixel structure 211 and the second pixel structure 212 are set so that the phase difference δ is close to zero, the same tendency as the diffraction according to Equation 1 is strengthened. On the other hand, if the first pixel structure 211 and the second pixel structure 212 are set so that the phase difference δ approaches λ / 2, the same tendency as the diffraction according to the equation 2 is strengthened.
そこで、図８に示すように隣接する画素構造２１０に入射する入射光Ｌｉに与える位相差δが「０＜δ＜λ／２」になるように、第１画素構造２１１と第２画素構造２１２を構成する。これによって、零次光（出射光Ｌｏ）を残しながら、±１次の一次回折光Ｌｄ１を低減させることができる。すなわち、迷光の原因となる回折光Ｌｄを低減させることができる。 Therefore, as shown in FIG. 8, the first pixel structure 211 and the second pixel structure 212 are set so that the phase difference δ given to the incident light Li incident on the adjacent pixel structure 210 becomes “0 <δ <λ / 2”. Configure. As a result, the ± first-order primary diffracted light Ld1 can be reduced while leaving the zero-order light (emitted light Lo). That is, the diffracted light Ld that causes stray light can be reduced.
入射光Ｌｉに位相差δを与える構成について、より詳細な例を説明する。透過型空間光変調素子２ａの場合であれば、図９に示すように、第１画素構造２１１の入射側のみに薄膜２１１０を形成すればよい。入射側に薄膜２１１０が形成されている第１画素構造２１１と、これに隣接する第２画素構造２１２を交互に配列し、千鳥格子状にする。これによって表示領域２１全体の画素構造２１０において、位相差δを生じさせる部分（第１画素構造２１１）と位相差δを生じさせない部分（第２画素構造２１２）が隣接し合う状態になり、効率的に回折光Ｌｄを低減させることができる。 A more detailed example of the configuration that gives the phase difference δ to the incident light Li will be described. In the case of the transmissive spatial light modulator 2a, the thin film 2110 may be formed only on the incident side of the first pixel structure 211 as shown in FIG. The first pixel structure 211 having the thin film 2110 formed on the incident side and the second pixel structure 212 adjacent to the first pixel structure 211 are alternately arranged to form a staggered pattern. As a result, in the pixel structure 210 of the entire display region 21, the portion that generates the phase difference δ (first pixel structure 211) and the portion that does not generate the phase difference δ (second pixel structure 212) are adjacent to each other, and the efficiency Therefore, the diffracted light Ld can be reduced.
また、入射光Ｌｉに位相差δを与える構成として、反射型空間光変調素子２ｂの場合であれば、図１０（ａ）に示すように、第１画素構造２１１の入射側に薄膜２１１０を形成し、これに隣接する第２画素構造２１２には薄膜２１１０を形成しないようにすればよい。この場合、第１画素構造２１１と第２画素構造２１２を千鳥格子状に配列させる。これによって、表示領域２１全体の画素構造２１０において、位相差δを生じさせる部分（第１画素構造２１１）と位相差δを生じさせない部分（第２画素構造２１２）が隣接し合う状態になり、効率的に回折光Ｌｄを低減させることができる。 In the case of the reflective spatial light modulator 2b, the thin film 2110 is formed on the incident side of the first pixel structure 211 as a configuration for giving the phase difference δ to the incident light Li, as shown in FIG. However, the thin film 2110 may not be formed in the second pixel structure 212 adjacent thereto. In this case, the first pixel structure 211 and the second pixel structure 212 are arranged in a staggered pattern. As a result, in the pixel structure 210 of the entire display region 21, a portion that generates the phase difference δ (first pixel structure 211) and a portion that does not generate the phase difference δ (second pixel structure 212) are adjacent to each other. The diffracted light Ld can be reduced efficiently.
なお、反射型空間光変調素子２ｂであれば、図１０（ｂ）に示すように、隣接するマイクロミラー２２１の厚みを異なるものにしてもよい。この場合、隣接するマイクロミラー２２１の厚みの差は、所望の位相差δに対する半分（δ／２）にする。反射型空間光変調素子２ｂは、往路と復路を考慮した上で位相差δを与えるためである。このように、反射型空間光変調素子２ｂの場合は、隣接する第１画素構造２１１と第２画素構造２１２に対する光路長を所定の位相差δに応じて異なるようにマイクロミラー２２１の厚みに差を設けることで、所定の位相差δが与えることができる。 In the case of the reflective spatial light modulation element 2b, the thicknesses of the adjacent micromirrors 221 may be different as shown in FIG. In this case, the difference in thickness between adjacent micromirrors 221 is halved (δ / 2) with respect to the desired phase difference δ. This is because the reflective spatial light modulator 2b gives the phase difference δ in consideration of the forward path and the return path. Thus, in the case of the reflective spatial light modulator 2b, the thickness of the micromirror 221 is different so that the optical path lengths for the adjacent first pixel structure 211 and second pixel structure 212 differ according to the predetermined phase difference δ. By providing, a predetermined phase difference δ can be given.
また、反射型空間光変調素子２ｂの場合は、図１１（ａ）に示すように、隣接するマイクロミラー２２１に異なる２種類の薄膜材料を用いても良い。この場合、第１画素構造２１１に相当するマイクロミラー２２１には、屈折率ｎ、厚みｔ１からなる第１薄膜材料２１１１を用い、第２画素構造２１２に相当するマイクロミラー２２１には、屈折率ｎ２、厚みｔ２からなる第２薄膜材料２１１２を用いるようにする。この場合、屈折率ｎ１≠屈折率ｎ２の場合は厚みｔ１＝厚みｔ２とし、屈折率ｎ１＝屈折率ｎ２の場合は、厚みｔ１≠厚みｔ２とする。または、屈折率ｎ１≠屈折率ｎ２及び厚みｔ１≠厚みｔ２等とすることで、位相差δを与える位相差手段を構成することができる。第１薄膜材料２１１１と第２薄膜材料２１１２の重さを同じにしたい場合であれば、これらの材料の選定を考慮すればよい。 In the case of the reflective spatial light modulation element 2b, two different types of thin film materials may be used for the adjacent micromirrors 221 as shown in FIG. In this case, the micromirror 221 corresponding to the first pixel structure 211 uses a first thin film material 2111 having a refractive index n and a thickness t1, and the micromirror 221 corresponding to the second pixel structure 212 has a refractive index n2. The second thin film material 2112 having a thickness t2 is used. In this case, when refractive index n1 ≠ refractive index n2, thickness t1 = thickness t2, and when refractive index n1 = refractive index n2, thickness t1 ≠ thickness t2. Alternatively, by setting the refractive index n1 ≠ refractive index n2 and the thickness t1 ≠ thickness t2, etc., a phase difference unit that gives the phase difference δ can be configured. If it is desired to make the weight of the first thin film material 2111 and the second thin film material 2112 the same, selection of these materials may be taken into consideration.
また、反射型空間光変調素子２ｂの場合は、図１１（ｂ）に示すように、隣接するマイクロミラー２２１の厚みを変えて、さらに一方に所定の材料及び厚さからなる薄膜２１１０を形成してもよい。薄膜２１１０は、半導体プロセスによって比較的簡便に作製することが可能である。 In the case of the reflective spatial light modulator 2b, as shown in FIG. 11B, the thickness of the adjacent micromirror 221 is changed, and a thin film 2110 made of a predetermined material and thickness is formed on one side. May be. The thin film 2110 can be manufactured relatively easily by a semiconductor process.
次に、透過型と反射型のいずれの空間光変調素子２においても適用することができる第１画素構造２１１のさらに別の例について説明する。図１２に示すようなサブ波長構造２１１３（ＳＷＳ：Ｓｕｂｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）を第１画素構造２１１に用いればよい。サブ波長構造２１１３は、ピッチ「ｐ」、溝の幅「ｗ」、高さ「ｔ」をパラメータとして、最適な値に設定することで、特定の波長に対して位相差δを与えることができる。 Next, still another example of the first pixel structure 211 that can be applied to both the transmissive and reflective spatial light modulation elements 2 will be described. A sub-wavelength structure 2113 (SWS: Subwavelength Structure) as shown in FIG. 12 may be used for the first pixel structure 211. The sub-wavelength structure 2113 can give a phase difference δ to a specific wavelength by setting the pitch “p”, the groove width “w”, and the height “t” as optimum values. .
サブ波長構造２１１３は、半導体プロセスにより作製される。サブ波長構造２１１３のある画素構造２１０（第１画素構造２１１）とサブ波長構造２１１３のない画素構造２１０（第２画素構造２１２）を隣接して配列する。これによって、入射光Ｌｉに対して所定の位相差δを与えることができ、零次光である出射光Ｌｏを残しながら、±１次の一次回折光Ｌｄ１を低減させることができる。すなわち、画像光となる出射光Ｌｏを消すことなく、迷光の原因となる回折光Ｌｄを低減させることができる。 The sub-wavelength structure 2113 is manufactured by a semiconductor process. A pixel structure 210 having a sub-wavelength structure 2113 (first pixel structure 211) and a pixel structure 210 having no sub-wavelength structure 2113 (second pixel structure 212) are arranged adjacent to each other. Thus, a predetermined phase difference δ can be given to the incident light Li, and the ± first-order primary diffracted light Ld1 can be reduced while leaving the outgoing light Lo that is zero-order light. That is, the diffracted light Ld that causes stray light can be reduced without erasing the emitted light Lo that is image light.
全ての画素構造２１０にサブ波長構造２１１３を形成し、隣接するサブ波長構造２１１３のパラメータを異ならせてもよい。ＤＭＤである反射型空間光変調素子２ｂであれば、画像光を形成するときには全ての画素構造２１０を物理的に動かすことになる。そこで、全ての画素構造２１０にサブ波長構造２１１３を形成すれば、画素構造２１０の重さを均一にしつつ、位相差δを与えることができるので望ましい。 The sub-wavelength structures 2113 may be formed in all the pixel structures 210, and the parameters of the adjacent sub-wavelength structures 2113 may be different. In the case of the reflective spatial light modulation element 2b that is a DMD, all the pixel structures 210 are physically moved when image light is formed. Therefore, it is desirable to form the sub-wavelength structure 2113 in all the pixel structures 210 because the phase difference δ can be given while the weight of the pixel structures 210 is made uniform.
サブ波長構造２１１３は、耐久性に優れている無機材料（ＳｉＯ２など）を用いて作製すればよい。照明光学系１からの光が集光するので、耐久性や耐光性が要求される。そこで、無機材料からなるサブ波長構造２１１３を用いることで、耐久性や耐光性に優れ、かつ、迷光を防止し、コントラスト比の低下を防止する空間光変調素子２を得ることができる。 The sub-wavelength structure 2113 may be manufactured using an inorganic material (such as SiO 2 ) having excellent durability. Since light from the illumination optical system 1 is condensed, durability and light resistance are required. Therefore, by using the sub-wavelength structure 2113 made of an inorganic material, it is possible to obtain the spatial light modulator 2 that has excellent durability and light resistance, prevents stray light, and prevents a decrease in contrast ratio.
Ｒ、Ｇ、Ｂのそれぞれに対して好適な位相差δを与えようとすると、それぞれの色（波長）に応じた位相差手段を画素構造２１０に形成しなければならない。人間の眼は緑色（波長＝５５５ｎｍ）に対する比視感度が最大であるから、この緑色の波長に対して位相差δを与えるように、サブ波長構造２１１３のピッチ「ｐ」、溝の幅「ｗ」、高さ「ｔ」を設定すればよい。これによって、緑色光の回折光Ｌｄを低減されることができ、最も効果的に回折による迷光を低減できる。 In order to give a suitable phase difference δ to each of R, G, and B, phase difference means corresponding to each color (wavelength) must be formed in the pixel structure 210. Since the human eye has the highest specific visibility for green (wavelength = 555 nm), the pitch “p” of the sub-wavelength structure 2113 and the groove width “w” are set so as to give a phase difference δ to this green wavelength. ”And height“ t ”may be set. Thereby, the diffracted light Ld of green light can be reduced, and stray light due to diffraction can be reduced most effectively.
以上のとおりプロジェクタ１００は、空間光変調素子２が備える画素構造２１０において、入射光Ｌｉに位相差δを与える部分と位相差δを与えない部分を設けて光の干渉を制御し、空間光変調素子２において生ずる回折光Ｌｄを低減できる。 As described above, in the projector 100, the pixel structure 210 provided in the spatial light modulation element 2 controls the interference of light by providing the incident light Li with a portion that gives the phase difference δ and a portion that does not give the phase difference δ. The diffracted light Ld generated in the element 2 can be reduced.
空間光変調素子２は、位相差δを与える部分と位相差δを与えない部分を千鳥格子状に配列することで、光の干渉をより良く制御し、空間光変調素子２において生ずる回折光Ｌｄを効率的に低減できる。 The spatial light modulation element 2 arranges the portion that gives the phase difference δ and the portion that does not give the phase difference δ in a staggered pattern so that the interference of light is better controlled, and the diffracted light generated in the spatial light modulation element 2 Ld can be efficiently reduced.
この構造を用いて透過型空間光変調素子２ａを構成でき、また、反射型空間光変調素子２ｂを構成できる。 Using this structure, the transmissive spatial light modulator 2a can be configured, and the reflective spatial light modulator 2b can be configured.
空間光変調素子２における位相差δを与える部分には、薄膜２１１０を形成すればよい。これによって、位相差δを与える手段を簡便に作製し提供できる。 A thin film 2110 may be formed on the portion of the spatial light modulator 2 that gives the phase difference δ. Thereby, a means for providing the phase difference δ can be easily produced and provided.
また、位相差δを与える手段として、無機材料の微細構造を用いることにより、耐久性のある位相差手段を提供できる。 Further, by using a fine structure of an inorganic material as means for giving the phase difference δ, a durable phase difference means can be provided.
なお、位相差手段において位相差δを与える波長を人の比視感度が高い緑の波長に合わせることで、より効率的に回折光を低減する空間光変調素子２を提供することができる。 In addition, the spatial light modulation element 2 which reduces diffracted light more efficiently can be provided by adjusting the wavelength which gives the phase difference δ in the phase difference means to the green wavelength with high human relative visibility.
１ 照明光学系
２ 空間光変調素子
２ａ 透過型空間光変調素子
２ｂ 反射型空間光変調素子
３ 投射光学系
２１ 表示領域
１００ プロジェクタ
２１０ 画素構造
２１１ 第１画素構造
２１２ 第２画素構造
２２１ マイクロミラー
２１１０ 薄膜
２１１３ サブ波長構造
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Illumination optical system 2 Spatial light modulation element 2a Transmission type spatial light modulation element 2b Reflection type spatial light modulation element 3 Projection optical system 21 Display area 100 Projector 210 Pixel structure 211 First pixel structure 212 Second pixel structure 221 Micro mirror 2110 Thin film 2113 Subwavelength structure
Claims (6)
前記照明光学系からの入射光に基づいて投射画像を形成する画像光を出射する空間光変調素子と、
前記空間光変調素子からの前記画像光を被投射物に向けて投射する投射光学系と、を有する画像表示装置であって、
前記空間光変調素子は、前記投射画像を構成する画素の各々に対応する画素構造を有し、
前記画素構造は、前記入射光に位相差を与える第１画素構造と前記入射光に位相差を与えない第２画素構造を有する、
ことを特徴とする画像表示装置。 An illumination optical system having a light source;
A spatial light modulator that emits image light that forms a projection image based on incident light from the illumination optical system;
A projection optical system for projecting the image light from the spatial light modulator toward a projection object,
The spatial light modulator has a pixel structure corresponding to each of the pixels constituting the projection image,
The pixel structure includes a first pixel structure that gives a phase difference to the incident light and a second pixel structure that does not give a phase difference to the incident light.
An image display device characterized by that.
請求項１記載の画像表示装置。 The first pixel structure and the second pixel structure are arranged in a staggered pattern on a plane that intersects the incident direction of the incident light.
The image display device according to claim 1.
請求項１または２記載の画像表示装置。 The spatial light modulation element is a transmission type.
The image display device according to claim 1.
請求項１または２記載の画像表示装置。 The spatial light modulation element is a reflection type,
The image display device according to claim 1.
請求項１乃至４のいずれかに記載の画像表示装置。 The first pixel structure is provided with a thin film on the incident side.
The image display device according to claim 1.
請求項１乃至４のいずれかに記載の画像表示装置。 The first pixel structure is provided with a fine structure for shifting the phase of the incident light on the incident side.
The image display device according to claim 1.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2015005700A JP2016130821A (en) | 2015-01-15 | 2015-01-15 | Image display device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2015005700A JP2016130821A (en) | 2015-01-15 | 2015-01-15 | Image display device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2016130821A true JP2016130821A (en) | 2016-07-21 |
Family
ID=56415528
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2015005700A Pending JP2016130821A (en) | 2015-01-15 | 2015-01-15 | Image display device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2016130821A (en) |
-
2015
- 2015-01-15 JP JP2015005700A patent/JP2016130821A/en active Pending
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9388965B2 (en) | Light source device | |
| US7492990B2 (en) | Optical switching element, optical switching device, and color image displaying apparatus | |
| JP5528623B2 (en) | Incoherent device and optical apparatus using the same | |
| JP4158987B2 (en) | Two-dimensional image forming apparatus | |
| US7568805B2 (en) | Illumination unit and image projecting apparatus employing the same | |
| US8172404B2 (en) | Projection with lenslet arrangement on speckle reduction element | |
| JP2004282013A (en) | Light modulation device using vcsel array including electromechanical grating device | |
| US20080049284A1 (en) | Laser display apparatus | |
| JP2007121899A (en) | Device for synthesizing optical path and method of synthesizing light beam | |
| JP2006350129A (en) | Optical apparatus and virtual image display apparatus | |
| US9880383B2 (en) | Display device | |
| JP2010045010A (en) | Lighting color dividing system | |
| JP4267023B2 (en) | Projection display | |
| JP5024859B2 (en) | Image display device | |
| US7009778B2 (en) | Imaging optical system, image display apparatus and imaging optical apparatus | |
| JP2008191612A (en) | Color separation device | |
| JP5707984B2 (en) | projector | |
| US20070133635A1 (en) | Dual light source and laser projection display apparatus using same | |
| JP2006091471A (en) | Light emitting apparatus and display | |
| JP2010078900A (en) | Projector | |
| WO2014073043A1 (en) | Projecting video display device | |
| JP2016130821A (en) | Image display device | |
| JP2008224786A (en) | Optical switching element, switching element, optical switching element array, and image display device | |
| JP2016099390A (en) | Illumination optical system and picture display unit | |
| JP2008076481A (en) | Projector |