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JP3832093B2 - Display device and display method - Google Patents

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JP3832093B2
JP3832093B2 JP14489398A JP14489398A JP3832093B2 JP 3832093 B2 JP3832093 B2 JP 3832093B2 JP 14489398 A JP14489398 A JP 14489398A JP 14489398 A JP14489398 A JP 14489398A JP 3832093 B2 JP3832093 B2 JP 3832093B2
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は表示装置に係り、特に、複数の画素を備えた空間光変調器によって画像を形成するように構成された表示装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来から、液晶プロジェクタなどの光投射機により画像を所定距離に結像させる画像投影技術が用いられている。この画像投影技術は、一般的に光の振幅(強度)を変調させて投影し、レンズ結像系により所定距離に配置されたスクリーン上に所望の画像を表示するものである。
【0003】
一方、空間光変調器(SLM)により種々の画像を形成する技術が提案されている。この中で、かつて発明者らは電気アドレス方式の液晶空間光変調器(LCSLM)に着目し、キノフォームの製作を試みた。キノフォームの原理については、光学vol.2(1973年)P.133〜152「キノフォームとその応用」(一岡芳樹)などに記載されている。キノフォームによれば、空間的に光の位相を変調することにより所望の画像を形成したり、光レンズと等価な光学系を構成したりすることができ、これにより所定距離に結像する画像を形成することが可能である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記従来の空間光変調器においては、基本的に極めて簡単な(例えば線のみで構成された画像など)静止画像を形成するように構成されているので、動画を再生したり、画像を切り換えたりすることができないという問題点がある。
【0005】
また、上記従来の光投射機においては、レンズ結像系を用いて所定の距離に画像を結像させるように構成されているので、スクリーンなどに所定画像を投影する場合、スクリーンまでの距離に応じて焦点距離を調節する必要があり、画像投影の準備作業が必要になるという問題点があった。
【0006】
さらに、近年、レーザポインタを用いて離れた位置にある物体やスクリーン上に投影された画像などの所定部位を指し示す方法が用いられるようになり、遠方からでも注目部位を容易に指摘することができるようになっている。しかし、このレーザポインタにおいては、レーザ光をそのまま投射するだけであるので、丸形スポットなどの限られたパターン形状及び所定サイズのポインタ像しか得られないという問題点がある。一方、矢印その他の記号、アイコンその他の種々の画像パターンでポインタ像を形成することも考えられるが、この場合には光投射機と同様の原理によりポインタ画像を所定距離に結像させる必要があるため、操作者からの投射距離が指し示す位置により変化する場合には常時焦点調整を調節しつづけなければならず、実用的なものを構成することが困難であるという問題点がある。
【0007】
そこで本発明は上記問題点を解決するものであり、その課題は、動画や画面の切換などが自在にできるとともに、画像を形成する際の焦点距離の調整作業を軽減でき、さらに、操作者からの投射距離が変化しても画像の結像状態を保つことのできる技術を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明が講じた手段は、スクリーン上に所定の画像を結像させて表示する表示装置であって、コヒーレント光を発生する光源と、複数の画素を備え前記光源からの光の位相を変調する空間光位相変調器と、前記空間光位相変調器へ前記各画素の位相変調度を制御する位相変調信号を送るための信号発生手段とを備え、前記信号発生手段は、前記所定の画像が前記空間光位相変調器からの所定距離の範囲内に配される前記スクリーン上で結像するように、前記所定の画像を所定の位置に結像させるための位相変調パターンと、異なる焦点距離を備えた複数のレンズ関数とを、前記画素毎に掛け合わせて、前記所定の画像の多重化された位相変調パターンを生成し、該多重化された位相変調パターンに基づいて前記位相変調信号を生成し、該位相変調信号を前記空間光位相変調器へ出力することを特徴とする。
【0009】
この手段によれば、信号発生手段から送られる位相変調パターンを複数の画素で実現しているため、動画や画面の切換などを自由に行うことができるとともに、所定画像を複数の結像位置に結像させることが可能になるため、光の投射方向に沿った異なる距離にある複数の位置に画像を形成することができるので、複数の位置のうちのいずれかを選択すれば良くなり画像をより容易に形成できるようになる。また、従来のレンズ結像系や液晶シャッタを用いる液晶プロジェクタなどとは異なり、光を制限したり遮断したりすることなく画像を形成することができるので、画像に対する光源光の利用効率を高めることができる。
【0010】
また本発明の別形態は、スクリーン上に所定の画像を結像させて表示する表示装置であって、コヒーレント光を発生する光源と、複数の画素を備え前記光源からの光の位相を変調する空間光位相変調器と、前記空間光位相変調器へ前記各画素の位相変調度を制御する位相変調信号を送るための信号発生手段とを備え、前記信号発生手段は、前記所定の画像が前記空間光位相変調器からの所定距離の範囲内に配される前記スクリーン上で結像するように、前記所定の画像を異なる結像位置に形成するための複数の位相変調パターンに基づいた前記位相変調信号を、時分割で前記空間光位相変調器に出力することを特徴とする。
【0011】
前記の本発明においては、前記空間光位相変調器でキノフォームを構成していることが望ましい。
【0012】
上記各手段において、前記空間光位相変調器は、液晶層への印加電圧により光の位相変調状態を制御可能な液晶パネルであることが好ましい。この手段によれば、形成する画像を動画とすることも、或いは画像を切り換えて表示することも可能になる。
【0013】
この場合には、前記液晶パネルは、電界制御複屈折モードの液晶パネルであることが好ましい。電界制御複屈折モードの液晶パネルは、2π以上の連続的な位相変化が容易に得られ、また、位相変化と印加電圧との関係を線形にすることが可能であり、位相変化に伴う光透過量の変動を小さくすることができ、しかも表示領域内の電気光学特性を容易に均一にすることができる。
【0014】
上記各手段においては、前記空間光位相変調器は、前記位相変調信号の変化によって時間とともに変化する画像を形成できるように構成されていることが好ましい。
【0015】
また、上記各手段においては、前記画像は物体又は表示画像の所定部位を指し示すためのポインタ表示であることが好ましい。ポインタ表示は、使用者により光投射位置が変化するために対象物体や対象画像までの距離が変化するので、従来のレンズ結像系により投影された所定画像を用いることができないが、本発明では光投射位置が変化しても支障無く良好なポインタ表示を形成することができる。
【0016】
本発明の別の形態は、コヒーレント光を発生する光源と、複数の画素を備え前記光源からの光の位相を変調する空間光位相変調器と、前記空間光位相変調器へ前記各画素の位相変調度を制御する位相変調信号を送るための信号発生手段と、によりスクリーン上に所定の画像を結像させて表示する表示方法であって、前記画像を記録した信号を位相変調パターンと位相変調信号とに変換する工程と、前記位相変調パターンに複数のレンズ関数を掛け合わせて、前記位相変調パターンを前記画像の多重化された位相変調パターンに変換する工程と、前記画像の多重化された位相変調パターンに基づき前記位相変調信号を変換する工程とを有し、前記所定の画像を前記空間光位相変調器からの所定距離の範囲内に配される前記スクリーン上で結像させることを特徴とする。
【0017】
上記表示方法によれば、所定画像を複数の結像位置に結像させることが可能になるため、異なる距離にある複数の位置に画像を形成することができるので、複数の位置のうちのいずれかを選択すれば良くなり画像をより容易に形成できるようになる。また、従来のレンズ結像系や液晶シャッタを用いる液晶プロジェクタなどとは異なり、光を制限したり遮断したりすることなく画像を形成することができるので、画像に対する光源光の利用効率を高めることができる。
【0018】
【発明の実施の形態】
次に、添付図面を参照して本発明に係る実施形態について説明する。図1は本発明に係る表示装置の実施形態の概略構成を示すものである。本実施形態に用いる光源としてはレーザ発振器10が用いられる。このレーザ発振器10は半導体レーザであり、交流電源12から得られた電力を駆動回路11で整流、整形して供給し、発振させる。なお、光源としては上記のような半導体レーザではなく、YAGレーザなどの固体レーザやHe−Neレーザなどの気体レーザなどを用いることもできる。
【0019】
レーザ発振器10が出射するレーザ光の光束はビームエキスパンダ13により拡大される。拡大された光束は空間光位相変調器200に投射される。ビームエキスパンダ13により拡大された光束は空間光位相変調器200により構成される所定の位相変調パターンによって位相が変調され、前方に投射される。この位相変調パターンは後述するように予め所定の画像を表示するように構成されており、前方に配置されたスクリーン15,16に画像が表示される。なお、ビームエキスパンダ13の光学特性に起因する光束の収束特性により集光レンズ14を配置してもよい。
【0020】
図2は、上記空間光位相変調器200に用いられる液晶パネル210の概略構造を拡大して示す模式図である。この液晶パネル210は、無アルカリガラスなどからなる透明基板211と214との間に図示しないシール材により液晶層230を封止することにより構成される。液晶パネルはマトリクス状に配列された多数の画素領域を備えている。画素領域の数は、たとえば、640×480個などである。
【0021】
透明基板211の内面上にはITO(インジウムスズ酸化物)などからなる透明電極212が形成され、さらにその上の一部領域に黒色インクや金属パターンなどにより構成された遮光層213が設けられている。また、必要に応じてこれらの構造の上にさらにポリイミド、ポリビニルアルコールなどからなる図示しない配向膜が形成され、ラビング処理が施される。
【0022】
一方、透明基板214の内面上には多結晶シリコンなどからなる半導体層215と、この半導体層215の上に形成されたゲート絶縁膜216と、ゲート絶縁膜216の上に被着されたゲート電極217とが形成され、半導体層215の一部をソース及びドレインとするTFT(薄膜トランジスタ)が画素領域毎に形成されている。このTFTの上には酸化シリコンなどからなる絶縁膜218を介してX方向に伸びるAlなどからなるXライン219が形成され、このXライン219はTFTのソースに接続されている。さらに、これらの上にはPSG(Phospho-Sillicate Glass) 膜220が被着される。PSG膜220の表面上には画素領域毎に独立したITOなどからなる透明電極221が形成される。透明電極221はTFTのドレインに接続される。このような透明基板214の内面構造の上にも、必要に応じて上記と同様の配向膜が形成される。なお、図2はY方向に沿った断面を示すものである。したがって、上記X方向とは直交するY方向に伸びるYラインは図示されていない。このYラインは上記ゲート電極217に接続されている。
【0023】
以上のように形成された透明基板211,214はシール材を介して所定間隔を持って貼り合わされ、その間隔内に液晶が注入される。液晶は、高速スイッチング特性を得るためにはスメクチック液晶を用いるが、本実施形態では安定性及び信頼性の観点からネマチック液晶を用いた。この液晶を用いてECB(電界制御複屈折)モードの液晶層230を構成した。低い駆動電圧で充分な位相変調性能を得るために、液晶層230が比較的高い複屈折率を備える(Δn=0.166)ように、適宜に異なる種類の液晶を混合して用いた。上記の透明基板211,214の内面上に形成された配向膜のラビング方向は図2の左右方向(Y方向)とし、液晶層230内にて均一な配向状態が得られるようにした。
【0024】
キノフォームを空間光位相変調器200に記録するには、一般に以下のことが要求される。
【0025】
1)2π以上の連続的な位相変化が得られること。
【0026】
2)位相変化と印加電圧の関係が線形であること。
【0027】
3)位相変化に伴う光の振幅(透過光量の平方根)の変動が小さいこと。
【0028】
4)表示領域内の電気光学特性が均一であること。
【0029】
これらの要求からのずれはキノフォームの再生波面に不要な収差を与える。たとえば、画像再生へ応用した場合には原画像に対する強度の誤差を発生させる。
【0030】
本実施形態では、液晶の配向状態として上記ECBモードを選択し、TFTパネルにより駆動することとした。光が感じる屈折率変化を大きくするために液晶分子の初期配向を透明基板211,214とほぼ平行にして、分子軸方向に合わせた直線偏光を使用した。また、素子応答を早くするために複屈折率Δnが大きい液晶材料を用いて液晶層の厚さdを薄くした。本実施形態では、画素ピッチを42μm×42μm、画素数を640×480、開口率を64%、セルギャップd=4.5μmとした。
【0031】
図6〜図8は、本実施形態の液晶パネルの液晶材料の複屈折率Δnを変えた場合の液晶層230の電気光学特性、具体的には電圧−位相特性を示すものである。図6は上記と同じΔn=0.166(波長589nmのとき)、図7はΔn=0.139(波長589nm)、図8はΔn=0.126(波長589nm)の場合における、波長450nm、550nm、633nmの透過光の位相を印加電圧に対して示すものである。いずれの場合にもほぼ2πの位相変化が駆動電圧5vによって得られている。特に、本実施形態のように複屈折率Δnを大きくすることによって波長550nmの光に対しても位相変動範囲を2π以上確保することが可能であり、波長633nmでも2π近い位相変動範囲を得ることができる。
【0032】
図9は、同種のECBモードの液晶層における印加電圧と位相変調量及び透過率との関係を示すグラフである。このグラフは、光源としてヘリウムネオンレーザ(波長632.8nm)を用いて測定した結果であり、さらに複屈折率を大きくしてセル厚を薄くし、応答特性を向上させた。Δn=0.209、d=6.0μm、有効画素数を320×220とし、画素間隔を水平方向80μm、垂直方向90μm、画素開口部は56μm×64μmである。液晶層のその他の構成は上記実施形態と同様である。この液晶パネルでは、1.7vから4.5vの範囲で位相は0から2πまでほぼ直線的に変化する。一方、振幅変動は液晶分子の配向の変化とともに光線の進行方向が傾き、画素開口部を透過する光量が変動することによるものと思われる。Δndを大きめにし、かつ、プレチルト角を高めに設定することにより透過光量の変動を抑制することができる。なお、液晶パネルの表示領域には、主にせる厚むらに起因する収差が発生するので、この収差を前もって計測しておき、キノフォームの位相データから差し引いて補正することにより補償することができる。
【0033】
図3は、空間光位相変調器200と、この空間光位相変調器200の制御駆動を行う制御駆動装置300の概略構成を示す概略ブロック図である。空間光位相変調器200は、例えばパーソナルコンピュータなどにより構成される制御駆動装置300に容易に接続することができるように構成されている。空間光位相変調器200の全体の回路構成は通常のアクティブマトリクス型の液晶表示装置と同様である。
【0034】
空間光位相変調器200により所定距離離れた位置に所定の画像を結像させるには、画像信号(動画の場合にはビデオ信号)を所定の位相変調パターンに変換し、この位相変調パターンを空間光位相変調器200の液晶パネル210の複数の画素によって形成し、キノフォームを構成することが必要となる。空間光位相変調器200に構成されたキノフォーム上の位相変調パターンΦと、所定距離z0離れたキノフォーム面の透過率Tとの間には以下の式が成立する。
【0035】
T(x,y,z0)=C・exp[−iΦ(x,y,z0)]・・・(1)
ここで、(x,y)は光軸と直交する面内の座標、Cは定数である。位相変調パターンの計算には、シュミレーテッドアニーリング法(Science 220, p.671-680,1983、以下、単に「SA法」という。)を用いた。このSA法の運用に必要なルールの構築には経験が必要であり、このルールの出来不出来が「良い解」が得られるか否かに大きく影響する。「良い解」とは、位相変調パターンに要求される光学特性を満足する解のことであり、その光学特性は位相変調パターンの使用目的により決まる。SA法を用いて位相変調パターンを設計するには、少なくとも、▲1▼評価関数の定義と重みの設定、▲2▼温度スケジューリング、▲3▼平衡状態の判定についてそれぞれ運用のルールを定めなければならない。なお、上記評価関数とは位相変調パターンの性能に関する推定値と目標値との差に対応する量であり、この関数値が最も小さくなる時の解が最適解である。
【0036】
上記のようにして得た位相変調パターンに、焦点距離の異なる複数のレンズ関数Ln (nは任意の自然数)
Ln =exp[iPn (x2 +y2 )](Pn はレンズ定数)・・・(2)を掛け合わせることにより、上記レンズ関数の焦点距離に応じて異なる位置に結像する複数の画像パターンを多重化することができる。このレンズ関数Lnはレンズと同じ作用を果たす位相変調パターンであり、上記画像に対応する位相変調パターンΦ(x,y,z0)の結像位置z0をレンズ定数Pn に応じて変更する。
【0037】
図3に示すように、静止画像若しくは動画を記録するビデオ信号aは外部の記録装置やCCDカメラなどから入力され、制御駆動装置300の位相パターン変換回路301に入力される。位相パターン変換回路301ではビデオ信号aに基づいてビデオ信号aの画像情報を上記位相変調パターンΦに変換し、位相変調パターンΦに対応する位相変調信号φを出力する。また、ビデオ信号aに基づいて同期分離回路302は水平同期信号h及び垂直同期信号vを形成する。位相変調パターンΦはレンズ変換回路303に入力されて上記の複数のレンズ関数Ln (n=1,2,・・・)に掛け合わされ、多重化された位相変調パターンΨを実現するための位相変調信号ψとなって出力される。
【0038】
上記の多重化された位相変調パターンΨは、上記ビデオ信号aに含まれる画像を所定距離z1からz2までの範囲内においてほぼ連続的に結像させるように多数のレンズ関数Ln によって多重化されている。
【0039】
上記水平同期信号h、垂直同期信号v及び位相変調信号ψは、空間光位相変調器200の制御回路240に入力され、制御回路240からXラインデータ信号DX、Xラインクロック信号CLX、Yライン走査信号DY、Yラインクロック信号CLYが液晶パネル210に内蔵されたXドライバ回路210X及びYドライバ回路210Yに入力される。これらのXドライバ回路210X及びYドライバ回路210Yは、液晶パネル内に形成された複数のXライン及びYラインにそれぞれ所定のデータ信号及び走査信号を供給する。
【0040】
図4は、上記構成の本実施形態を用いた投射型ディスプレイにおける画像投影時の状態を示す説明図である。光源から発せられた光は、液晶パネルを備えた空間光位相変調器200の液晶画素領域を透過して前方に配置されたスクリーン401に投影されるが、スクリーン401は上記の距離z1からz2までの範囲内に配置されているため、スクリーン401上には所望の画像401aが結像する。同様に、スクリーン402もまた距離z1からz2までの範囲内に配置されているため、同様に所望の画像402aが結像する。ここで、上述の理由により画像401aと402aとは同一画像である。
【0041】
このように本発明によれば、所定の距離z1からz2までの範囲内においてはどこでも空間光位相変調器200から投射された画像が結像するように構成されているので、上記範囲内であればスクリーンをいずれの位置に配置しても同じ画像を見ることができる。したがって、スクリーンの位置を正確に決めたり、光投射機の焦点調節を行う必要がなく、きわめて簡単に像の投影を行うことができる。なお、光の投射方向に対してスクリーン面が直交姿勢から傾斜しても、上記z1からz2までの範囲内であれば同様に結像した画像を見ることができる。このような特性は、特に、スクリーンとして移動物体の表面を用いる場合、表面に凹凸のある物体の表面を用いる場合などに有効である。
【0042】
また、本実施形態では、通常の液晶表示装置やプロジェクターなどのように光源から放出された光の振幅を制限したり、遮断したりすることによって画像を形成しているのではなく、光源の光量をそのまま全て利用して画像を形成しているので、光の利用効率を高めることができるという利点がある。なお、図4に示す投射画像401a,402aは静止画でも動画でもよい。
【0043】
図5は、本実施形態の他の応用例を示すものである。この場合、本実施形態はペンタイプのケーシングを備えた把持可能な小型のポインタ装置500として構成されている。このポインタ装置500は、その先端部から光が放出されるようになっている。ポインタ装置500を把持して先端部500aをスクリーン501,502に向けると、ポインタ表示501a,502aがスクリーン501,502上に映し出される。この場合も上述と同様に、ポインタ装置500からの距離がz1からz2までの範囲内にスクリーンが配置されている限り、ポインタ表示501a,502aはスクリーン501,502上に結像し、鮮明に視認される。
【0044】
一般にポインタ装置500は手に持って使用されるため、ポインタ装置500の位置は使用者の意志によって変動する。したがって、ポインタ装置500とスクリーン501,502との距離は常時変動するので、所定範囲内でさえあればポインタ装置500とスクリーン501,502との距離によらずに画像を結像させることができる本実施形態は特に有効である。
【0045】
上記ポインタ装置500から投影される画像は、静止画としてのポインタ表示でもよいが、ポインタ表示が動画になっていてもよい。また、使用者の意志により図に示すように使用目的に応じた異なる他のポインタ表示501bや502bに切り換えられるように構成してもよい。
【0046】
上記実施形態では、空間光位相変調器200として、ほとんど光の振幅を変調させることなく位相を大きく変調させることのできるECBモードの液晶パネルを用いているが、光の位相を変調させるとともに光の振幅(強度)を変調させることによって画像を形成してもよい。ただし、光の振幅を変調するためには光の少なくとも一部を除去する必要があるので、光の利用効率は低下する。
【0047】
上記実施形態では、空間光位相変調器200に構成される位相変調パターン(キノフォーム)により異なる結像位置を備えた同一画像を多重化しているため、所定範囲内でほぼ連続的に同一画像を結像させることができるものであるが、「ほぼ連続的に」とは、通常の使用態様において例えばスクリーンを用いる場合にはスクリーンを任意の位置に設置しても画像が視認できる程度に連続的に多重化されていることを言う。
【0048】
上記の使用態様ではスクリーンを用いた投影による画像再生を例に説明したが、本発明はこのような使用態様に限定されるものではなく、例えば、蛍光面に対して視認者とは逆の背面側から投射することにより背面投射型の表示装置として構成することができ、この場合にはカラーフィルタやカラーの蛍光体を用いることにより表示のカラー化を図ることもできる。
【0049】
上記実施形態では、異なる焦点距離を備えた複数のレンズ関数Ln を用いて異なる距離に結像する複数の画像を多重化しているが、本発明はこのような多重化手法に限定されるものではなく、結果として複数の画像が多重化されていればよい。他の多重化手法としては、例えば、液晶パネル200に対して異なる結像位置に結像する画像を形成するための複数の位相変調パターンを時分割で形成し、例えばスクリーン上に画像を表す場合には、人間の視覚特性に基づいてスクリーンに結像する画像のみが選択的に視認されるように構成することも可能である。この場合、液晶パネルの時分割駆動は公知の方法で行うことができる。
【0050】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、信号発生手段から送られる位相変調パターンを複数の画素で実現しているため、動画や画面の切換などを自由に行うことができるとともに、所定画像を複数の結像位置に結像させることが可能になるため、光の投射方向に沿った複数の位置に画像を形成することができるので、複数の位置のうちのいずれかを選択すれば良くなり、画像をより容易に形成できるようになる。また、従来のレンズ結像系や液晶シャッタを用いる液晶プロジェクタなどとは異なり、光を制限したり遮断したりすることなく画像を形成することができるので、画像に対する光源光の利用効率を高めることができる。
【0051】
特に、少なくとも光の投射方向に沿った所定範囲に亘ってほぼ連続的に前記所定画像が結像するように構成することにより、焦点距離の調整が不要になり、所定範囲内であれば適宜の位置にて画像を結像させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る表示装置の実施形態の全体構成を示す概略構成図である。
【図2】同実施形態における空間光位相変調器に含まれる液晶パネルの拡大模式図である。
【図3】同実施形態における制御駆動装置と空間光位相変調器の概略構成を示す概略ブロック図である。
【図4】同実施形態を画像投射機として用いた場合の使用態様を示す説明図である。
【図5】同実施形態をポインタ装置として用いた場合の使用態様を示す説明図である。
【図6】同実施形態の液晶パネルの液晶層の電気光学特性(印加電圧に対する透過光の位相)を示すグラフである。
【図7】同実施形態の液晶パネルの液晶層の電気光学特性(印加電圧に対する透過光の位相)を示すグラフである。
【図8】同実施形態の液晶パネルの液晶層の電気光学特性(印加電圧に対する透過光の位相)を示すグラフである。
【図9】同実施形態とは別の液晶パネルの液晶層の電気光学特性(印加電圧に対する位相変化及び振幅透過率)を示すグラフである。
【符号の説明】
10 レーザ発振器
11 駆動回路
12 交流電源
13 ビームエキスパンダ
14 集光レンズ
15,16 スクリーン
200 空間光位相変調器
210X Xドライバ回路
210Y Yドライバ回路
210 液晶パネル
211,214 透明基板
212 透明電極
213 遮光層
215 半導体層
216 ゲート絶縁膜
217 ゲート電極
218 絶縁膜
219 電極
221 透明電極
230 液晶層
240 制御回路
300 制御駆動装置
301 位相パターン変換回路
302 同期分離回路
303 レンズ変換回路
401,402,501,502 スクリーン
401a,402a 画像
500 ポインタ装置
501a,502a,501b,502b ポインタ表示
Φ,Ψ 位相変調パターン
φ,ψ 位相変調信号
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a display device, and more particularly, to a display device configured to form an image by a spatial light modulator including a plurality of pixels.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, an image projection technique for forming an image at a predetermined distance by an optical projector such as a liquid crystal projector has been used. In this image projection technique, generally, the amplitude (intensity) of light is modulated and projected, and a desired image is displayed on a screen disposed at a predetermined distance by a lens imaging system.
[0003]
On the other hand, techniques for forming various images using a spatial light modulator (SLM) have been proposed. In the past, the inventors focused on an electric addressing type liquid crystal spatial light modulator (LCSLM) and attempted to manufacture a kinoform. For the principle of kinoform, see optical vol. 2 (1973) p. 133-152 “Kinoform and its application” (Yuki Ichioka). According to kinoform, a desired image can be formed by spatially modulating the phase of light, or an optical system equivalent to an optical lens can be formed, thereby forming an image formed at a predetermined distance. Can be formed.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, the conventional spatial light modulator is basically configured to form a very simple still image (for example, an image composed of only lines). There is a problem that it cannot be switched.
[0005]
In addition, since the conventional optical projector is configured to form an image at a predetermined distance using a lens imaging system, when projecting a predetermined image on a screen or the like, the distance to the screen is set. Accordingly, it is necessary to adjust the focal length accordingly, and there is a problem that preparation work for image projection is required.
[0006]
Further, in recent years, a method of pointing a predetermined part such as an object located at a distant position using a laser pointer or an image projected on a screen has been used, and a point of interest can be easily pointed out even from a distance. It is like that. However, since this laser pointer only projects the laser beam as it is, there is a problem that only a limited pattern shape such as a round spot and a pointer image of a predetermined size can be obtained. On the other hand, it is conceivable to form a pointer image with various image patterns such as arrows and other symbols, icons, and the like, but in this case, it is necessary to form the pointer image at a predetermined distance by the same principle as that of the optical projector. For this reason, when the projection distance from the operator changes depending on the position indicated, the focus adjustment must be continuously adjusted, and there is a problem that it is difficult to construct a practical one.
[0007]
Therefore, the present invention solves the above-mentioned problems, and the problem is that the switching of moving images and screens can be freely performed, and the adjustment work of the focal length when forming an image can be reduced. It is an object of the present invention to provide a technique capable of maintaining an image formation state even when the projection distance of the lens changes.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
Means taken by the present invention in order to solve the above problems is a display device that forms a predetermined image on a screen and displays the image. The display device includes a light source that generates coherent light, and a plurality of pixels. A spatial light phase modulator that modulates the phase of the light, and a signal generation means for sending a phase modulation signal for controlling the phase modulation degree of each pixel to the spatial light phase modulator, the signal generation means comprising: A phase modulation pattern for forming the predetermined image at a predetermined position so that the predetermined image is formed on the screen disposed within a predetermined distance from the spatial light phase modulator. And a plurality of lens functions having different focal lengths are multiplied for each pixel to generate a multiplexed phase modulation pattern of the predetermined image, and based on the multiplexed phase modulation pattern The phase It generates a tone signal, and outputting the said phase modulation signal to the spatial light phase modulator.
[0009]
According to this means, since the phase modulation pattern sent from the signal generating means is realized by a plurality of pixels, it is possible to freely switch between moving images and screens and to set a predetermined image at a plurality of image forming positions. Since it is possible to form an image, it is possible to form images at a plurality of positions at different distances along the light projection direction, so it is only necessary to select one of the plurality of positions. It becomes possible to form more easily. In addition, unlike conventional liquid crystal projectors using lens imaging systems and liquid crystal shutters, images can be formed without restricting or blocking light, thus increasing the efficiency of light source light utilization for images. Can do.
[0010]
Another embodiment of the present invention is a display device that forms a predetermined image on a screen and displays the image, and includes a light source that generates coherent light and a plurality of pixels, and modulates the phase of light from the light source. A spatial light phase modulator; and a signal generating means for sending a phase modulation signal for controlling a phase modulation degree of each pixel to the spatial light phase modulator, wherein the signal generating means The phase based on a plurality of phase modulation patterns for forming the predetermined image at different imaging positions so as to form an image on the screen arranged within a predetermined distance from the spatial light phase modulator The modulated signal is output to the spatial light phase modulator in a time division manner.
[0011]
In the present invention, it is desirable that the spatial light phase modulator constitutes a kinoform.
[0012]
In each of the above means, the spatial light phase modulator is preferably a liquid crystal panel capable of controlling the phase modulation state of light by a voltage applied to the liquid crystal layer. According to this means, the image to be formed can be a moving image, or the image can be switched and displayed.
[0013]
In this case, the liquid crystal panel is preferably an electric field controlled birefringence mode liquid crystal panel. The liquid crystal panel of the electric field control birefringence mode can easily obtain a continuous phase change of 2π or more, and the relationship between the phase change and the applied voltage can be made linear, and light transmission accompanying the phase change can be achieved. The variation in the amount can be reduced, and the electro-optical characteristics in the display area can be easily made uniform.
[0014]
In each of the above means, it is preferable that the spatial light phase modulator is configured to be able to form an image that changes with time due to a change in the phase modulation signal.
[0015]
In each of the above means, the image is preferably a pointer display for pointing to an object or a predetermined part of the display image. In the pointer display, the distance to the target object or target image changes because the light projection position changes by the user, so that a predetermined image projected by a conventional lens imaging system cannot be used. Even if the light projection position changes, a good pointer display can be formed without any problem.
[0016]
Another aspect of the present invention includes a light source that generates coherent light, a spatial light phase modulator that includes a plurality of pixels and modulates the phase of light from the light source, and a phase of each pixel to the spatial light phase modulator. A signal generation means for sending a phase modulation signal for controlling the degree of modulation, and a display method for forming a predetermined image on a screen and displaying the image, wherein the signal recording the image is converted into a phase modulation pattern and a phase modulation Converting to a signal, multiplying the phase modulation pattern by a plurality of lens functions to convert the phase modulation pattern to a multiplexed phase modulation pattern of the image, and multiplexing the image Converting the phase modulation signal based on a phase modulation pattern, and forming the predetermined image on the screen disposed within a predetermined distance from the spatial light phase modulator. And wherein the Rukoto.
[0017]
According to the above display method, it is possible to form a predetermined image at a plurality of imaging positions, and thus images can be formed at a plurality of positions at different distances. This makes it easier to form an image. In addition, unlike conventional liquid crystal projectors using lens imaging systems and liquid crystal shutters, images can be formed without restricting or blocking light, thus increasing the efficiency of light source light utilization for images. Can do.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, embodiments according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 shows a schematic configuration of an embodiment of a display device according to the present invention. A laser oscillator 10 is used as a light source used in the present embodiment. This laser oscillator 10 is a semiconductor laser, and rectifies and shapes power obtained from an AC power supply 12 by a drive circuit 11 and oscillates it. As the light source, a solid-state laser such as a YAG laser or a gas laser such as a He—Ne laser can be used instead of the semiconductor laser as described above.
[0019]
The beam of laser light emitted from the laser oscillator 10 is expanded by the beam expander 13. The expanded light beam is projected onto the spatial light phase modulator 200. The phase of the light beam expanded by the beam expander 13 is modulated by a predetermined phase modulation pattern formed by the spatial light phase modulator 200 and projected forward. As will be described later, this phase modulation pattern is configured to display a predetermined image in advance, and the image is displayed on the screens 15 and 16 disposed in front. Note that the condensing lens 14 may be arranged according to the convergence characteristics of the light beam caused by the optical characteristics of the beam expander 13.
[0020]
FIG. 2 is a schematic diagram showing an enlarged schematic structure of the liquid crystal panel 210 used in the spatial light phase modulator 200. The liquid crystal panel 210 is configured by sealing a liquid crystal layer 230 with a sealing material (not shown) between transparent substrates 211 and 214 made of alkali-free glass or the like. The liquid crystal panel has a large number of pixel regions arranged in a matrix. The number of pixel regions is, for example, 640 × 480.
[0021]
A transparent electrode 212 made of ITO (Indium Tin Oxide) or the like is formed on the inner surface of the transparent substrate 211, and a light shielding layer 213 made of black ink, a metal pattern, or the like is further provided on a part of the transparent electrode 212. Yes. Further, if necessary, an alignment film (not shown) made of polyimide, polyvinyl alcohol or the like is further formed on these structures and subjected to a rubbing treatment.
[0022]
On the other hand, on the inner surface of the transparent substrate 214, a semiconductor layer 215 made of polycrystalline silicon, a gate insulating film 216 formed on the semiconductor layer 215, and a gate electrode deposited on the gate insulating film 216. 217 and a TFT (thin film transistor) using a part of the semiconductor layer 215 as a source and a drain is formed for each pixel region. An X line 219 made of Al or the like extending in the X direction is formed on the TFT via an insulating film 218 made of silicon oxide or the like, and the X line 219 is connected to the source of the TFT. Further, a PSG (Phospho-Sillicate Glass) film 220 is deposited on these. A transparent electrode 221 made of ITO or the like independent for each pixel region is formed on the surface of the PSG film 220. The transparent electrode 221 is connected to the drain of the TFT. An alignment film similar to the above is formed on the inner surface structure of the transparent substrate 214 as necessary. FIG. 2 shows a cross section along the Y direction. Therefore, the Y line extending in the Y direction orthogonal to the X direction is not shown. This Y line is connected to the gate electrode 217.
[0023]
The transparent substrates 211 and 214 formed as described above are bonded to each other with a predetermined interval through a sealing material, and liquid crystal is injected into the interval. As the liquid crystal, a smectic liquid crystal is used in order to obtain high-speed switching characteristics. In this embodiment, a nematic liquid crystal is used from the viewpoint of stability and reliability. An ECB (electric field control birefringence) mode liquid crystal layer 230 was formed using this liquid crystal. In order to obtain sufficient phase modulation performance with a low driving voltage, different types of liquid crystals were appropriately mixed so that the liquid crystal layer 230 had a relatively high birefringence (Δn = 0.166). The rubbing direction of the alignment film formed on the inner surfaces of the transparent substrates 211 and 214 is the left-right direction (Y direction) in FIG. 2 so that a uniform alignment state can be obtained in the liquid crystal layer 230.
[0024]
In order to record the kinoform in the spatial light phase modulator 200, the following is generally required.
[0025]
1) A continuous phase change of 2π or more can be obtained.
[0026]
2) The relationship between the phase change and the applied voltage is linear.
[0027]
3) The fluctuation of the light amplitude (the square root of the transmitted light amount) accompanying the phase change is small.
[0028]
4) The electro-optical characteristics in the display area are uniform.
[0029]
Deviations from these requirements give unnecessary aberrations to the reproduction wavefront of the kinoform. For example, when applied to image reproduction, an intensity error with respect to the original image is generated.
[0030]
In this embodiment, the ECB mode is selected as the alignment state of the liquid crystal and is driven by the TFT panel. In order to increase the refractive index change perceived by light, linearly polarized light was used in which the initial alignment of the liquid crystal molecules was made substantially parallel to the transparent substrates 211 and 214 and aligned with the molecular axis direction. Further, in order to speed up the element response, a liquid crystal material having a large birefringence Δn is used to reduce the thickness d of the liquid crystal layer. In the present embodiment, the pixel pitch is 42 μm × 42 μm, the number of pixels is 640 × 480, the aperture ratio is 64%, and the cell gap d = 4.5 μm.
[0031]
6 to 8 show the electro-optical characteristics, specifically the voltage-phase characteristics, of the liquid crystal layer 230 when the birefringence Δn of the liquid crystal material of the liquid crystal panel of the present embodiment is changed. 6 is the same as the above, Δn = 0.166 (when the wavelength is 589 nm), FIG. 7 is the case where Δn = 0.139 (wavelength 589 nm), FIG. 8 is the wavelength 450 nm when Δn = 0.126 (wavelength 589 nm), The phase of transmitted light at 550 nm and 633 nm is shown with respect to the applied voltage. In either case, a phase change of approximately 2π is obtained with the drive voltage 5v. In particular, by increasing the birefringence index Δn as in this embodiment, a phase fluctuation range of 2π or more can be secured even for light having a wavelength of 550 nm, and a phase fluctuation range close to 2π can be obtained even at a wavelength of 633 nm. Can do.
[0032]
FIG. 9 is a graph showing a relationship between an applied voltage, a phase modulation amount, and a transmittance in a liquid crystal layer of the same type of ECB mode. This graph is a result of measurement using a helium neon laser (wavelength 632.8 nm) as a light source. Further, the birefringence was increased to reduce the cell thickness, thereby improving the response characteristics. Δn = 0.209, d = 6.0 μm, the number of effective pixels is 320 × 220, the pixel interval is 80 μm in the horizontal direction, 90 μm in the vertical direction, and the pixel opening is 56 μm × 64 μm. Other configurations of the liquid crystal layer are the same as those in the above embodiment. In this liquid crystal panel, the phase changes almost linearly from 0 to 2π in the range of 1.7 v to 4.5 v. On the other hand, the amplitude variation is considered to be caused by the change in the orientation of the liquid crystal molecules and the direction of travel of the light beam being inclined, and the amount of light transmitted through the pixel aperture varies. By making Δnd larger and setting the pretilt angle higher, fluctuations in the amount of transmitted light can be suppressed. In addition, since an aberration mainly caused by the thickness unevenness occurs in the display area of the liquid crystal panel, it can be compensated by measuring this aberration in advance and subtracting it from the kinoform phase data for correction. .
[0033]
FIG. 3 is a schematic block diagram showing a schematic configuration of the spatial light phase modulator 200 and a control drive device 300 that performs control drive of the spatial light phase modulator 200. The spatial light phase modulator 200 is configured so that it can be easily connected to a control drive device 300 constituted by, for example, a personal computer. The overall circuit configuration of the spatial light phase modulator 200 is the same as that of a normal active matrix liquid crystal display device.
[0034]
In order to form a predetermined image at a position separated by a predetermined distance by the spatial light phase modulator 200, an image signal (a video signal in the case of a moving image) is converted into a predetermined phase modulation pattern, and this phase modulation pattern is converted into a space. It is necessary to form a kinoform by forming a plurality of pixels of the liquid crystal panel 210 of the optical phase modulator 200. The following equation is established between the phase modulation pattern Φ on the kinoform formed in the spatial light phase modulator 200 and the transmittance T of the kinoform surface separated by a predetermined distance z0.
[0035]
T (x, y, z0) = C · exp [−iΦ (x, y, z0)] (1)
Here, (x, y) is a coordinate in a plane orthogonal to the optical axis, and C is a constant. For the calculation of the phase modulation pattern, a simulated annealing method (Science 220, p.671-680,1983, hereinafter simply referred to as “SA method”) was used. The construction of the rules necessary for the operation of the SA method requires experience, and the success or failure of this rule greatly affects whether or not a “good solution” can be obtained. A “good solution” is a solution that satisfies the optical characteristics required for the phase modulation pattern, and the optical characteristics are determined by the intended use of the phase modulation pattern. In order to design a phase modulation pattern using the SA method, at least (1) definition of evaluation function and setting of weight, (2) temperature scheduling, and (3) determination of equilibrium state must be defined respectively. Don't be. The evaluation function is an amount corresponding to the difference between the estimated value regarding the performance of the phase modulation pattern and the target value, and the solution when the function value is the smallest is the optimal solution.
[0036]
A plurality of lens functions Ln having different focal lengths (n is an arbitrary natural number) are added to the phase modulation pattern obtained as described above.
Ln = exp [iPn (x2 + y2)] (Pn is a lens constant)... (2) is multiplied to multiplex a plurality of image patterns formed at different positions according to the focal length of the lens function. can do. This lens function Ln is a phase modulation pattern that performs the same function as the lens, and changes the imaging position z0 of the phase modulation pattern Φ (x, y, z0) corresponding to the image according to the lens constant Pn.
[0037]
As shown in FIG. 3, a video signal a for recording a still image or a moving image is input from an external recording device, a CCD camera, or the like, and input to the phase pattern conversion circuit 301 of the control drive device 300. The phase pattern conversion circuit 301 converts the image information of the video signal a into the phase modulation pattern Φ based on the video signal a, and outputs a phase modulation signal φ corresponding to the phase modulation pattern Φ. Further, based on the video signal a, the sync separation circuit 302 forms a horizontal sync signal h and a vertical sync signal v. The phase modulation pattern Φ is input to the lens conversion circuit 303 and multiplied by the plurality of lens functions Ln (n = 1, 2,...), And phase modulation for realizing a multiplexed phase modulation pattern Ψ. The signal ψ is output.
[0038]
The multiplexed phase modulation pattern Ψ is multiplexed by a number of lens functions Ln so as to form an image included in the video signal a almost continuously within a range from a predetermined distance z1 to z2. Yes.
[0039]
The horizontal synchronization signal h, the vertical synchronization signal v, and the phase modulation signal ψ are input to the control circuit 240 of the spatial light phase modulator 200, and the X line data signal DX, the X line clock signal CLX, and the Y line scan are input from the control circuit 240. The signal DY and the Y line clock signal CLY are input to the X driver circuit 210X and the Y driver circuit 210Y built in the liquid crystal panel 210. These X driver circuit 210X and Y driver circuit 210Y supply predetermined data signals and scanning signals respectively to a plurality of X lines and Y lines formed in the liquid crystal panel.
[0040]
FIG. 4 is an explanatory diagram showing a state at the time of image projection in the projection display using the present embodiment having the above-described configuration. The light emitted from the light source passes through the liquid crystal pixel area of the spatial light phase modulator 200 provided with the liquid crystal panel and is projected onto the screen 401 disposed in front. The screen 401 has the distances z1 to z2 described above. Therefore, a desired image 401 a is formed on the screen 401. Similarly, since the screen 402 is also disposed within the range from the distance z1 to z2, a desired image 402a is formed in the same manner. Here, the images 401a and 402a are the same image for the reason described above.
[0041]
As described above, according to the present invention, the image projected from the spatial light phase modulator 200 is formed anywhere within the range from the predetermined distance z1 to z2. If you place the screen in any position, you can see the same image. Therefore, it is not necessary to accurately determine the position of the screen or to adjust the focus of the light projector, and the image can be projected very easily. Note that even if the screen surface is inclined from the orthogonal posture with respect to the light projection direction, an image formed in the same manner can be seen as long as it is within the range from z1 to z2. Such characteristics are particularly effective when the surface of a moving object is used as the screen, or when the surface of an object having an uneven surface is used.
[0042]
In this embodiment, the light amount of the light source is not formed by limiting or blocking the amplitude of the light emitted from the light source as in a normal liquid crystal display device or projector. Since all the light is used as it is to form an image, there is an advantage that the light use efficiency can be improved. Note that the projected images 401a and 402a shown in FIG. 4 may be still images or moving images.
[0043]
FIG. 5 shows another application example of the present embodiment. In this case, the present embodiment is configured as a small, graspable pointer device 500 having a pen type casing. The pointer device 500 emits light from its tip. When the pointer device 500 is held and the front end portion 500a is directed to the screens 501 and 502, pointer displays 501a and 502a are displayed on the screens 501 and 502. In this case as well, the pointer displays 501a and 502a are imaged on the screens 501 and 502 and are clearly visible as long as the screen is disposed within the range from z1 to z2 from the pointer device 500, as described above. Is done.
[0044]
In general, since the pointer device 500 is used by being held in hand, the position of the pointer device 500 varies depending on the will of the user. Accordingly, since the distance between the pointer device 500 and the screens 501 and 502 is constantly fluctuating, an image can be formed regardless of the distance between the pointer device 500 and the screens 501 and 502 as long as it is within a predetermined range. The embodiment is particularly effective.
[0045]
The image projected from the pointer device 500 may be a pointer display as a still image, but the pointer display may be a moving image. Further, as shown in the figure, it may be configured to be switched to another different pointer display 501b or 502b depending on the purpose of use as shown in the figure.
[0046]
In the above-described embodiment, an ECB mode liquid crystal panel that can modulate the phase largely without modulating the amplitude of light is used as the spatial light phase modulator 200. An image may be formed by modulating the amplitude (intensity). However, since it is necessary to remove at least a part of the light in order to modulate the amplitude of the light, the light use efficiency decreases.
[0047]
In the above embodiment, since the same image having different imaging positions is multiplexed by the phase modulation pattern (kinoform) configured in the spatial light phase modulator 200, the same image is displayed almost continuously within a predetermined range. Although it is possible to form an image, “substantially continuously” means that, for example, when a screen is used in a normal use mode, the image can be visually recognized even if the screen is placed at an arbitrary position. Say that is multiplexed.
[0048]
In the above usage mode, image reproduction by projection using a screen has been described as an example. However, the present invention is not limited to such usage mode. For example, the back surface of the phosphor screen is opposite to the viewer. By projecting from the side, it can be configured as a rear projection type display device. In this case, the display can be colored by using a color filter or a color phosphor.
[0049]
In the above embodiment, a plurality of images formed at different distances are multiplexed using a plurality of lens functions Ln having different focal lengths, but the present invention is not limited to such a multiplexing method. As a result, a plurality of images may be multiplexed. As another multiplexing method, for example, when a plurality of phase modulation patterns for forming images formed at different imaging positions with respect to the liquid crystal panel 200 are formed in a time-sharing manner, for example, the images are displayed on the screen Alternatively, only an image formed on the screen based on human visual characteristics can be selectively viewed. In this case, time-division driving of the liquid crystal panel can be performed by a known method.
[0050]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, since the phase modulation pattern sent from the signal generating means is realized by a plurality of pixels, it is possible to freely switch between moving images and screens, and a plurality of predetermined images. Since an image can be formed at a plurality of positions along the light projection direction, it is only necessary to select one of the plurality of positions. An image can be formed more easily. In addition, unlike conventional liquid crystal projectors using lens imaging systems and liquid crystal shutters, images can be formed without restricting or blocking light, thus increasing the efficiency of light source light utilization for images. Can do.
[0051]
In particular, since the predetermined image is formed almost continuously over a predetermined range along the light projection direction, it is not necessary to adjust the focal length. An image can be formed at the position.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing the overall configuration of an embodiment of a display device according to the present invention.
FIG. 2 is an enlarged schematic view of a liquid crystal panel included in the spatial light phase modulator in the same embodiment.
FIG. 3 is a schematic block diagram showing a schematic configuration of a control drive device and a spatial light phase modulator in the same embodiment.
FIG. 4 is an explanatory diagram showing a usage mode when the embodiment is used as an image projector.
FIG. 5 is an explanatory diagram showing a usage mode when the embodiment is used as a pointer device;
6 is a graph showing electro-optical characteristics (phase of transmitted light with respect to applied voltage) of a liquid crystal layer of the liquid crystal panel of the embodiment. FIG.
FIG. 7 is a graph showing electro-optical characteristics (phase of transmitted light with respect to applied voltage) of a liquid crystal layer of the liquid crystal panel of the same embodiment.
FIG. 8 is a graph showing electro-optical characteristics (phase of transmitted light with respect to applied voltage) of a liquid crystal layer of the liquid crystal panel of the same embodiment.
FIG. 9 is a graph showing electro-optical characteristics (phase change and amplitude transmittance with respect to applied voltage) of a liquid crystal layer of a liquid crystal panel different from the embodiment.
[Explanation of symbols]
10 Laser oscillator
11 Drive circuit
12 AC power supply
13 Beam expander
14 Condensing lens
15,16 screen
200 Spatial optical phase modulator
210X X driver circuit
210Y Y driver circuit
210 LCD panel
211,214 Transparent substrate
212 Transparent electrode
213 Shading layer
215 Semiconductor layer
216 Gate insulation film
217 Gate electrode
218 Insulating film
219 electrode
221 Transparent electrode
230 Liquid crystal layer
240 Control circuit
300 Control drive
301 Phase pattern conversion circuit
302 Sync separation circuit
303 Lens conversion circuit
401, 402, 501, 502 Screen
401a, 402a images
500 pointer device
501a, 502a, 501b, 502b Pointer display
Φ, Ψ phase modulation pattern
φ, ψ Phase modulation signal

Claims (8)

スクリーン上に所定の画像を結像させて表示する表示装置であって、
コヒーレント光を発生する光源と、
複数の画素を備え前記光源からの光の位相を変調する空間光位相変調器と、
前記空間光位相変調器へ前記各画素の位相変調度を制御する位相変調信号を送るための信号発生手段とを備え、
前記信号発生手段は、前記所定の画像が前記空間光位相変調器からの所定距離の範囲内に配される前記スクリーン上で結像するように、前記所定の画像を所定の位置に結像させるための位相変調パターンと、異なる焦点距離を備えた複数のレンズ関数とを、前記画素毎に掛け合わせて、前記所定の画像の多重化された位相変調パターンを生成し、該多重化された位相変調パターンに基づいて前記位相変調信号を生成し、該位相変調信号を前記空間光位相変調器へ出力する
ことを特徴とする表示装置。
A display device that forms and displays a predetermined image on a screen,
A light source that generates coherent light;
A spatial light phase modulator comprising a plurality of pixels and modulating the phase of light from the light source;
Signal generating means for sending a phase modulation signal for controlling the phase modulation degree of each pixel to the spatial light phase modulator;
The signal generating means forms the predetermined image at a predetermined position so that the predetermined image is formed on the screen disposed within a predetermined distance from the spatial light phase modulator. And a plurality of lens functions having different focal lengths are multiplied for each pixel to generate a multiplexed phase modulation pattern of the predetermined image, and the multiplexed phase A display device that generates the phase modulation signal based on a modulation pattern and outputs the phase modulation signal to the spatial light phase modulator.
スクリーン上に所定の画像を結像させて表示する表示装置であって、
コヒーレント光を発生する光源と、
複数の画素を備え前記光源からの光の位相を変調する空間光位相変調器と、
前記空間光位相変調器へ前記各画素の位相変調度を制御する位相変調信号を送るための信号発生手段とを備え、
前記信号発生手段は、前記所定の画像が前記空間光位相変調器からの所定距離の範囲内に配される前記スクリーン上で結像するように、前記所定の画像を異なる結像位置に形成するための複数の位相変調パターンに基づいた前記位相変調信号を、時分割で前記空間光位相変調器に出力する
ことを特徴とする表示装置。
A display device that forms and displays a predetermined image on a screen,
A light source that generates coherent light;
A spatial light phase modulator comprising a plurality of pixels and modulating the phase of light from the light source;
Signal generating means for sending a phase modulation signal for controlling the phase modulation degree of each pixel to the spatial light phase modulator;
The signal generating means forms the predetermined image at a different imaging position so that the predetermined image is formed on the screen disposed within a predetermined distance from the spatial light phase modulator. The phase modulation signal based on a plurality of phase modulation patterns for output to the spatial light phase modulator in a time division manner.
前記空間光位相変調器でキノフォームを構成していることを特徴とする請求項1または2に記載の表示装置。  The display device according to claim 1, wherein the spatial light phase modulator forms a kinoform. 前記空間光位相変調器は、印加電圧により光の位相変調状態を制御する液晶パネルであることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の表示装置。  The display device according to claim 1, wherein the spatial light phase modulator is a liquid crystal panel that controls a phase modulation state of light by an applied voltage. 前記液晶パネルは、電界制御複屈折モードであることを特徴とする請求項4に記載の表示装置。  The display device according to claim 4, wherein the liquid crystal panel is in an electric field control birefringence mode. 前記空間光位相変調器は、前記位相変調信号の変化によって時間とともに変化する画像を形成することを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の表示装置。  The display device according to claim 1, wherein the spatial light phase modulator forms an image that changes with time according to a change in the phase modulation signal. 前記画像は物体又は表示画像の所定部位を指し示すためのポインタ表示であることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の表示装置。  The display device according to claim 1, wherein the image is a pointer display for pointing to an object or a predetermined part of a display image. コヒーレント光を発生する光源と、
複数の画素を備え前記光源からの光の位相を変調する空間光位相変調器と、
前記空間光位相変調器へ前記各画素の位相変調度を制御する位相変調信号を送るための信号発生手段と、によりスクリーン上に所定の画像を結像させて表示する表示方法であって、
前記画像を記録した信号を位相変調パターンと位相変調信号とに変換する工程と、
前記位相変調パターンに複数のレンズ関数を掛け合わせて、前記位相変調パターンを前記画像の多重化された位相変調パターンに変換する工程と、
前記画像の多重化された位相変調パターンに基づき前記位相変調信号を変換する工程とを有し、
前記所定の画像を前記空間光位相変調器からの所定距離の範囲内に配される前記スクリーン上で結像させることを特徴とする表示方法。
A light source that generates coherent light;
A spatial light phase modulator comprising a plurality of pixels and modulating the phase of light from the light source;
A signal generation means for sending a phase modulation signal for controlling the degree of phase modulation of each pixel to the spatial light phase modulator, and a display method for forming a predetermined image on a screen and displaying it.
Converting the signal recording the image into a phase modulation pattern and a phase modulation signal;
Multiplying the phase modulation pattern by a plurality of lens functions to convert the phase modulation pattern into a multiplexed phase modulation pattern of the image;
Converting the phase modulation signal based on a multiplexed phase modulation pattern of the image,
The display method, wherein the predetermined image is formed on the screen disposed within a predetermined distance from the spatial light phase modulator.
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