(57)【要約】【課題】表示される映像のスペックルコントラストが低い位相変調素子の駆動方法を提供するとともに、構造の簡素化が実現した位相変調素子および投射型表示装置を提供する。【解決手段】透明基板面に形成された３以上のストライプ電極からなる透明電極が２つの透明基板の面でストライプ電極の長手方向が直交するように対向させ、液晶を挟持してなる位相変調素子に、ドットマトリクス方式の駆動方法を用いて隣り合う区画を透過する光の位相が異なるように少なくとも時間的に異なる２つ以上のパターンを与えることによって、スペックルコントラストを抑制することができる。さらに、複数のストライプ電極と電圧制御装置に接続する電気配線を共有することで、位相変調素子の電気配線の簡素化および電圧制御装置の小型化が実現できる。【選択図】図４
2010091898.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射するコヒーレント光の位相を変調する位相変調素子であって、
前記位相変調素子は、第１の透明基板の一方の面に第１の透明電極を有し、第２の透明基板の一方の面に第２の透明電極を有して、前記第１の透明基板と前記第２の透明基板との間に液晶層が挟持され、
前記第１の透明電極はｍ個の領域を有し（ｍ≧３の整数）、前記ｍ個の領域は、第１の方向に延伸して互いに離隔してなるｍ個の第１のストライプ電極からなり、
前記第２の透明電極はｎ個の領域を有し（ｎ≧３の整数）、前記ｎ個の領域は、前記第１の方向とは異なる第２の方向に延伸して互いに離隔してなるｎ個の第２のストライプ電極からなり、
ｍ個の前記第１のストライプ電極を、端部からそれぞれストライプ電極Ｃ１、ストライプ電極Ｃ２、…、ストライプ電極Ｃｍとし、
ｉを１〜ｍのうちいずれかの整数とするとき、ｉが奇数となる前記ストライプ電極Ｃｉが電気的に接続され、ｉが偶数となる前記ストライプ電極Ｃｉ同士が電気的に接続され、ｉが奇数となる前記ストライプ電極Ｃｉとｉが偶数となる前記ストライプ電極Ｃｉ同士が電気的に絶縁されている位相変調素子。
【請求項２】
ｎ個の前記第１のストライプ電極を、端部からそれぞれストライプ電極Ｒ１、ストライプ電極Ｒ２、…、ストライプ電極Ｒｎとし、
ｉを１〜ｎのうちいずれかの整数とするとき、ｊが奇数となる前記ストライプ電極Ｒｊが電気的に接続され、ｉが偶数となる前記ストライプ電極Ｒｉが電気的に接続され、ｊが奇数となる前記ストライプ電極Ｒｊとｊが偶数となる前記ストライプ電極Ｒｊとが電気的に絶縁されている請求項１に記載の位相変調素子。
【請求項３】
前記第１の方向と前記第２の方向とが直交する請求項１または請求項２に記載の位相変調素子。
【請求項４】
コヒーレント光を発光する光源を少なくとも一つ含む光源部と、
前記光源部が発光した光を変調して画像光を生成する画像光生成部と、
前記画像光を投射する投射部と、を備える投射型表示装置であって、
前記光源部と前記画像光生成部との間の光路中に、電圧制御装置から発する電気信号により通過する光に対して位相を時間的に変化させる請求項１〜３いずれか１項に記載の位相変調素子が配置される投射型表示装置。
【請求項５】
入射するコヒーレント光の位相を変調する位相変調素子であって、前記位相変調素子は、第１の透明基板の一方の面に第１の透明電極を有し、第２の透明基板の一方の面に第２の透明電極を有して、前記第１の透明基板と前記第２の透明基板との間に液晶層が挟持され、前記第１の透明電極はｍ個の領域を有し（ｍ≧３の整数）、前記ｍ個の領域は、第１の方向に延伸して互いに離隔してなるｍ個の第１のストライプ電極からなり、前記第２の透明電極はｎ個の領域を有し（ｎ≧３の整数）、前記ｎ個の領域は、前記第１の方向とは異なる第２の方向に延伸して互いに離隔してなるｎ個の第２のストライプ電極からなり、ｍ個の前記第１のストライプ電極を、端部からそれぞれストライプ電極Ｃ１、ストライプ電極Ｃ２、…、ストライプ電極Ｃｍとし、ｎ個の前記第１のストライプ電極を、端部からそれぞれストライプ電極Ｒ１、ストライプ電極Ｒ２、…、ストライプ電極Ｒｎとし、ｍ個の前記第１のストライプ電極と、ｎ個の前記第２のストライプ電極とが重なってできるｍ×ｎ個の区画を有する位相変調素子の駆動に際し、
ｍ個の前記第１のストライプ電極は、第１のグループまたは第２のグループいずれかに含まれ、前記第１のグループには電圧Ｖ１を印加し、前記第２のグループには電圧Ｖ２を印加し、
ｎ個の前記第２のストライプ電極は、第３のグループまたは第４のグループいずれかに含まれ、前記第１のグループには電圧Ｖ３を印加し、前記第２のグループには電圧Ｖ４を印加し、
前記第１のストライプ電極に印加される最大の電圧値と最小の電圧値の中間の値と、前記第２のストライプ電極に印加される最大の電圧値と最小の電圧値の中間の値は同一であって中間電圧値ＶＡとし、前記中間電圧ＶＡに対する前記第１のストライプ電極に印加される最大の電圧値をＶＣとし、前記中間電圧ＶＡに対する前記第２のストライプ電極に印加される最大の電圧値をＶＲとし（ＶＲ＞ＶＣ）、
前記第２のストライプ電極に、＋ＶＲおよび−ＶＲの両方が印加される時間を含んで繰り返される最短の時間を周期Ｔとするとき、前記周期Ｔのうち前記第２のストライプ電極に｜ＶＲ｜が印加される時間の比であるデューティ比が０．５であり、
前記周期Ｔにおける前記電圧Ｖ１の波形と前記電圧Ｖ２の波形は前記中間電圧ＶＡを基準に反転し、前記周期Ｔにおける前記電圧Ｖ３の波形と前記電圧Ｖ４の波形は前記中間電圧ＶＡを基準に反転する位相変調素子の駆動方法。
【請求項６】
前記第１のグループは、ｍ個の前記第１のストライプ電極のうちｍ／２個（小数点以下切捨て）からなり、前記第２のグループは、前記第１のグループではない前記第１のストライプ電極からなり、
前記第３のグループは、ｎ個の前記第２のストライプ電極のうちｎ／２個（小数点以下切捨て）からなり、前記第４のグループは、前記第２のグループではない前記第２のストライプ電極からなる請求項５に記載の位相変調素子の駆動方法。
【請求項７】
前記第１のグループは、ｉを１〜ｍのうちいずれかの整数とするとき、ｉが偶数となる前記ストライプ電極Ｃｉからなり、前記第２のグループはｉが奇数となる前記ストライプ電極Ｃｉからなり、
前記第３のグループは、ｊを１〜ｎのうちいずれかの整数とするとき、ｊが偶数となる前記ストライプ電極Ｒｊからなり、前記第４のグループはｊが奇数となる前記ストライプ電極Ｒｊからなる請求項６に記載の位相変調素子の駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位相変調素子およびその駆動方法に係り、さらに、コヒーレント性を有する光源を使用した投射型表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
データプロジェクタあるいは背面投射型テレビジョン受像機のようなスクリーンに投影画像を表示する表示装置の光源としては、従来超高圧水銀ランプが使用されてきたが、近年単色性と光源寿命の観点からレーザが提案されてきている。また、超高圧水銀ランプでは不足する赤色光を補うために、超高圧水銀ランプと赤色レーザを併用した光源も提案されている。しかし、レーザを光源とした場合には、投影画像中にレーザ光のコヒーレント性に起因する粒上のスペックルノイズが発生し、投影画像の画質が劣化することを回避できないという問題が生じる。
【０００３】
そこで、このようなスペックルノイズを低減するための機能を有するスペックルキャンセラ（位相変調素子）を用いる投射型表示装置が提案されている。特許文献１および特許文献２において提案されているスペックルキャンセラは、液晶の層を透明電極が形成された２枚の平行に配置された透明基板で挟持する液晶素子で構成されてなる。そして、とくにそれぞれの面に形成された透明電極がストライプ状の形状をなし、透明基板面の法線方向から見たときに交差するように配され、透明電極が互いに交差してできる区画された領域の単位ごと空間的、時間的に異なる電圧を加えることによって、透過する光の位相差も区画された領域の単位ごと空間的、時間的に変えることでスペックルノイズを低減するものである。
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１６３７０２号公報
【特許文献２】国際公開第２００８／０４７８００号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
液晶に電圧を印加できる機構を備えた液晶素子を考える。液晶は、印加する電圧の大きさによって配向方向が変化し、例えば、液晶が正の誘電率異方性（Δε）のものを用いる場合、電圧が大きくなると、液晶分子の長軸方向が電界方向に近づくように配向する。これによって、液晶の屈折率が変化するため、透過する光の位相が変化する。液晶がΔε＞０のものであれば、高い電圧が印加されると液晶の屈折率が低くなり位相が進む。この特性を利用して、特許文献１および特許文献２に記載のスペックルキャンセラ（液晶素子）は、透過する光の位相が空間的に異なるような領域を形成し、さらに時間的に印加する電圧を変化させてスペックルノイズを低減している。特許文献１ではとくに、時間的に電圧を変化させる方式としてパッシブマトリクス方式の駆動を提案している。なお、特許文献２は、とくに駆動方法に関する具体的な記載はない。
【０００６】
図１２（ａ）は、スペックルキャンセラとなる液晶素子１００の斜視的な模式図を示すものであって、透明電極１０１、１０２を有する図示しない透明基板に液晶１０３が挟持されてなる。透明電極１０１は、例えば、Ｃ１〜Ｃ７の平面形状が長方形となるようなストライプ状の電極に分かれ、透明電極１０２は、透明電極１０１のストライプ方向と直交する方向にＲ１〜Ｒ６の平面形状がストライプ状の電極に分かれて形成されている。ここで、Ｃ１〜Ｃ７、Ｒ１〜Ｒ６を「ストライプ電極」という。また、図１２（ｂ）は、液晶素子１００を上面から見た平面模式図であり、Ｃ１〜Ｃ７、Ｒ１〜Ｒ６によって作られる７×６のマトリクスの各区画における光の透過状態を示す。なお、透明基板面に垂直な方向（Ｚ方向）から見て、透明電極１０１と透明電極１０２とが重なってできる領域を「区画」として定義する。
【０００７】
ここでは、「区画」ごとに印加する電圧を固定された２つの値で切り替える場合を考える。上記のように、印加する電圧によって透過する光の位相が異なり、２つの値で電圧を切り替えるとき、同相で入射する光に対して位相が進む方の状態を「オン」状態とし、位相が遅れる方の状態を「オフ」状態とする。ここで、例えばＣ１行とＲ１列とが交差してできる区画（以下、「Ｃ１×Ｒ１」という。）は、「オン」状態を示し、Ｃ２行とＲ１列とが交差してできる区画（以下、「Ｃ２×Ｒ１」という。）は、「オフ」状態を示す。なお、これらすべての区画は、いずれも周期Ｔの時間の単位において、「オン」状態と「オフ」状態のうちいずれかの状態となる。図１２（ｂ）は、７×６のマトリクスの各区画において「オン」と「オフ」の状態を模式的に示した平面図であり、例えばこの「オン」と「オフ」の並びが市松模様とした場合について示したものである。
【０００８】
図１３は、従来の駆動方法を用いたとき、各ストライプ電極に印加する電圧の時間的変化を示す模式図である。なお、このように時間に対する電圧の変化の図を以下、「タイムチャート」という。従来の駆動方法は、透明電極１０１または透明電極１０２のいずれか一方が、ストライプ電極が並ぶ順番に従って順々に基準電圧に対して一定の値の電圧が印加される。例えば、透明電極１０２が対象となる場合、ストライプ電極Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、…、Ｒ６の順に一定の時間（ｔ／６）、一定の電圧が印加される。図１３（ａ）は、代表してストライプ電極Ｒ１、Ｒ２のタイムチャートを示したものであり、ストライプ電極Ｒ１は、０〜ｔ／６の間、電圧ＶＲが印加され、ｔ／６〜ｔの間は電圧が印加されない状態となる。そして、ストライプ電極Ｒ２は、ｔ／６〜２ｔ／６の間、電圧ＶＲが印加され、０〜ｔ／６の間および２ｔ／６〜ｔの間は電圧が印加されない状態となる。
【０００９】
また、図１３（ａ）に図示しないが、ストライプ電極Ｒ３は、２ｔ／６〜３ｔ／６の間のみ電圧ＶＲが印加され、同様にストライプ電極Ｒ４は３ｔ／６〜４ｔ／６の間のみ、ストライプ電極Ｒ５は４ｔ／６〜５ｔ／６の間のみ、ストライプ電極Ｒ６は５ｔ／６〜ｔの間のみ電圧ＶＲが印加される。そして、図１３（ａ）に示すように、ストライプ電極Ｒ１はｔ〜７ｔ／６の間のみ電圧−ＶＲが印加される。このように、ストライプ電極Ｒ１〜Ｒ６の順にそれぞれ時間ｔ／６だけ電圧｜ＶＲ｜が印加される。そして、２ｔ＝Ｔの周期でこのタイムチャートが繰り返される。このように＋ＶＲが印加される時間を含む時間ｔと、−ＶＲが印加される時間を含む時間ｔとが交互に与えられる。
【００１０】
一方、図１３（ｂ）は、透明電極１０１のうち代表してストライプ電極Ｃ１、Ｃ２のタイムチャートを示したものである。透明電極１０１は、ＧＮＤレベル（＝０［Ｖ］）を中心に、０〜ｔ間またはｔ〜２ｔ間において、時間ｔ／６ごとに＋ＶＣと−ＶＣと、が交互に印加される。また、図１３（ａ）のようにストライプ電極Ｒ１、Ｒ２が＋ＶＲを含む時間ｔと−ＶＲを含む時間ｔとが交互に繰り返される場合、ストライプ電極Ｃ１、Ｃ２には、０〜ｔ間のタイムチャートと、ｔ〜２ｔ間のタイムチャートはＧＮＤレベル（＝０［Ｖ］）を中心に反転した波形となる。また、図１３（ｂ）に示すように、ストライプ電極Ｃ１とストライプ電極Ｃ２のように隣り合うストライプ電極には、同じ振幅（ＶＣ）で反転した波形で電圧が印加される。なお、このときＶＲ＞ＶＣの関係である。
【００１１】
次に、図１２（ｂ）に示す各区画に印加される電圧波形（タイムチャート）について説明する。まず、図１３（ｃ）は、例としてＣ１×Ｒ１の区画のタイムチャートを示すものであり、実際に図１３（ａ）、図１３（ｂ）より得られるタイムチャートである。このように、０〜ｔ／６の間は、ＶＲはプラス（＋）、ＶＣはマイナス（−）の電圧が印加されるので、差分により、ＶＲ＋ＶＣが印加される。また、ｔ〜７ｔ／６の間は、ＶＲはマイナス（−）、ＶＣはプラス（＋）の電圧が印加されるので差分により−ＶＲ−ＶＣが印加される。このように周期Ｔを考えたとき、時間Ｔ／６だけ｜ＶＲ＋ＶＣ｜が印加される。一方、ｔ／６〜ｔの間および７ｔ／６〜２ｔの間は、ＶＲに対して低い電圧値となる｜ＶＣ｜が印加される。従来の駆動方法では、周期Ｔを基準としてこの状態が「オン」状態となる。
【００１２】
一方、図１３（ｄ）は、Ｃ２×Ｒ１の区画のタイムチャートを示すものである。図１３（ｄ）は、実際に図１３（ａ）、図１３（ｂ）より得られるタイムチャートである。このように、０〜ｔ／６の間は、ＶＲはプラス（＋）、ＶＣがプラス（＋）の電圧が印加されるので、差分により、ＶＲ−ＶＣの電圧が印加される。また、ｔ〜７ｔ／６の間は、ＶＲはマイナス（−）、ＶＣはマイナス（−）の電圧が印加されるので差分により−ＶＲ＋ＶＣが印加される。このように周期Ｔを考えたとき、時間Ｔ／６だけ｜ＶＲ−ＶＣ｜が印加される。一方、ｔ／６〜ｔの間および７ｔ／６〜２ｔの間は、｜ＶＣ｜が印加される。従来の駆動方法では、周期Ｔを基準としてこの状態が「オフ」状態となる。
【００１３】
同様にして、Ｃ２×Ｒ２では、ｔ／６〜２ｔ／６の間および７ｔ／６〜８ｔ／６の間は｜ＶＲ＋ＶＣ｜の電圧が印加され、「オン」状態、Ｃ１×Ｒ２では、ｔ／６〜２ｔ／６の間および７ｔ／６〜８ｔ／６の間は｜ＶＲ−ＶＣ｜の電圧が印加され、「オフ」状態となる。このように全ての区画（７×６）において、Ｔ（＝２ｔ）を１周期として「オン」状態と「オフ」状態を制御して例えば、図１２（ｂ）に示す市松模様の状態とすることができる。なお、図１３では、液晶にＤＣ成分の電圧が常時印加しないように、Ｃ１×Ｒ２の「オン」状態および「オフ」状態はいずれも、周期Ｔにおいて基準電圧（＝ＧＮＤ）を中心にプラスおよびマイナスに印加される電圧は等しくなる。つまり、電圧値を周期Ｔで割った値は基準電圧に一致する。
【００１４】
次に、図１３（ｃ）、（ｄ）をもとに「オン」、「オフ」状態の区画にそれぞれ印加される電圧の二乗平均（ＲＭＳ）値（以下、「実効電圧値」という。）を計算する。ここで、透明電極１０２のストライプ電極数を６とし、「オン」状態の区画の実効電圧値を、ＶＯＮＲＭＳ（６）、「オフ」の区画の実効電圧値を、ＶＯＦＦＲＭＳ（６）とする。図１３（ｃ）より、ＶＯＮＲＭＳ（６）は、周期Ｔのうち時間Ｔ／６だけ｜ＶＲ＋ＶＣ｜［Ｖ］、残りの時間５Ｔ／６は｜ＶＣ｜［Ｖ］が印加されるので、式（１）で表すことができる。また、図１３（ｄ）より、ＶＯＦＦＲＭＳ（６）は、周期Ｔのうち時間Ｔ／６だけ｜ＶＲ−ＶＣ｜［Ｖ］、残りの時間５Ｔ／６は｜ＶＣ｜［Ｖ］が印加されるので、式（２）で表すことができる。このように、従来の駆動方法では、ストライプ電極数をｎと一般化したときの「オン」の区画の実効電圧値を、ＶＯＮＲＭＳ（ｎ）、「オフ」の区画の実効電圧値を、ＶＯＦＦＲＭＳ（ｎ）とすると、それぞれ式（３）、式（４）で表すことができるが、周期Ｔに対して、時間Ｔ／ｎに印加される電圧の大きさのみが異なり、この違いによって「オン」状態の実効電圧値と、「オフ」状態の実効電圧値が決まる。
【００１５】
【数１】
2010091898.tif 000003
【００１６】
このように、従来の駆動方法では、「オン」となる実効電圧値は、ＶＲおよびＶＣの値が固定値であれば、透明電極１０２のストライプ電極数ｎを多く設定することによってその値は小さくなり、「オン」状態の実効電圧値と「オフ」状態の実効電圧値との差も小さくなる。このとき、「オン」状態の区画と「オフ」状態の区画との透過光の位相差を大きくすることができないため、スペックルキャンセラ（液晶素子）全体を透過する光のスペックルノイズが大きく低減しない。一方で、ストライプ電極数ｎを少なく設定すると、１つの区画の面積が大きくなるため、１つの区画を透過する光で発生するスペックルノイズが目立つようになり、全透過光のスペックルノイズが低減されない。
【００１７】
図１４は、液晶素子１１０に電圧を印加したときの液晶分子の様子および入射する光の位相差について示したものである。図１４（ａ）は、電圧を印加しないときの液晶の状態を示す液晶素子１１０の断面模式図であり、図１４（ｂ）は、電圧を印加したときの液晶の状態を示す液晶素子１１０の断面模式図である。また、図１４（ｃ）は、Ｚ方向に進行するＸ方向の直線偏光が同相で入射したとき、液晶素子１１０に印加する電圧の大きさに対して生じる位相差について示したグラフである。このとき、液晶の進相軸方向の偏光方向で透過する光の位相を基準とし、それに対する位相のずれを「位相差」という。液晶素子１１０は、透明基板１１１ａ、１１１ｂ上にそれぞれ透明電極１１２ａ、１１２ｂが形成され、透明電極１１２ａ、１１２上の図示しない配向膜によってＸ方向に液晶分子１１３ａが配向された液晶層１１３が配置されている。なお、この場合、印加する電圧の値に関わらずＹ方向は進相軸に相当する。また、液晶素子１１３はシール材１１４によってシールされてなる。透明電極１１２ａ、１１２ｂ間には（矩形）交流電圧を印加できる電源１１５が備えられているものとする。
【００１８】
電源１１５より印加電圧が０［Ｖｒｍｓ］のとき、液晶層１１３内の液晶分子１１３ａは配向膜の配向方向（Ｘ方向）に沿って配向される。このとき、透明基板１１１ａ側からＺ方向に進行するＸ方向の直線偏光が同相で入射したときについて考える。図１４（ａ）において印加電圧が０［Ｖｒｍｓ］であるとき、Ｘ方向は液晶層１１３で液晶分子１１３ａの遅相軸方向に相当する。一方、図１４（ｂ）において印加電圧を大きくすると液晶分子１１３ａの長軸方向は液晶素子１１０の厚さ方向に向けて配向する。このとき、同じく透明基板１１１ａ側からＺ方向に進行するＸ方向の直線偏光が同相で入射したとき、Ｘ方向は液晶層１１３で液晶分子１１３ａの進相軸方向となる。このため、印加電圧を増加させることによって、位相は進み、位相差は小さくなる。
【００１９】
ここで、図１４（ｃ）に示す、印加電圧に対する「位相差」の関係は、０［Ｖｒｍｓ］で位相差が最も大きく、印加電圧を増加させると位相差が小さくなり、さらに印加電圧を増加させると、位相差はほぼ０となる。このように、液晶素子１１０に印加する電圧によって入射するＸ方向の直線偏光の位相差を変化させることができるが、上記のように２値で電圧を切り替えるとき、この２つの値によってそれぞれの「区画」が取り得る位相差の差分を大きく設定できることが好ましい。この位相差の差分を大きくするために、図１４（ｃ）の勾配が大きくなるように「オン」となる実効電圧値と「オフ」となる実効電圧値とを設定するが、従来の駆動方法では、ストライプ電極数ｎが多くなると、とくに「オン」状態となる印加電圧［Ｖｒｍｓ］を大きくすることができず、そのため「オン」状態と「オフ」状態との位相差の差分を十分に大きくできないため、コヒーレント光が入射して透過する光のスペックルノイズが大きく低減できないという問題があった。
【００２０】
また、液晶素子の構成として、従来の駆動方式を用いる場合、少なくとも透明電極１０２のストライプ電極Ｒ１〜Ｒ６にはそれぞれ異なるタイムチャートの電圧を印加しなければならず、そのために透明電極１０２だけでもｎ個の電極数分の電気信号を独立に与える必要があり、液晶素子の各透明電極に接続すべき電気配線等が煩雑になり、小型化が実現できないという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本願発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、入射するコヒーレント光の位相を変調する位相変調素子であって、前記位相変調素子は、第１の透明基板の一方の面に第１の透明電極を有し、第２の透明基板の一方の面に第２の透明電極を有して、前記第１の透明基板と前記第２の透明基板との間に液晶層が挟持され、前記第１の透明電極はｍ個の領域を有し（ｍ≧３の整数）、前記ｍ個の領域は、第１の方向に延伸して互いに離隔してなるｍ個の第１のストライプ電極からなり、前記第２の透明電極はｎ個の領域を有し（ｎ≧３の整数）、前記ｎ個の領域は、前記第１の方向とは異なる第２の方向に延伸して互いに離隔してなるｎ個の第２のストライプ電極からなり、ｍ個の前記第１のストライプ電極を、端部からそれぞれストライプ電極Ｃ１、ストライプ電極Ｃ２、…、ストライプ電極Ｃｍとし、ｉを１〜ｍのうちいずれかの整数とするとき、ｉが奇数となる前記ストライプ電極Ｃｉが電気的に接続され、ｉが偶数となる前記ストライプ電極Ｃｉ同士が電気的に接続され、ｉが奇数となる前記ストライプ電極Ｃｉとｉが偶数となる前記ストライプ電極Ｃｉ同士が電気的に絶縁されている位相変調素子を提供する。
【００２２】
また、ｎ個の前記第１のストライプ電極を、端部からそれぞれストライプ電極Ｒ１、ストライプ電極Ｒ２、…、ストライプ電極Ｒｎとし、ｉを１〜ｎのうちいずれかの整数とするとき、ｊが奇数となる前記ストライプ電極Ｒｊが電気的に接続され、ｉが偶数となる前記ストライプ電極Ｒｉが電気的に接続され、ｊが奇数となる前記ストライプ電極Ｒｊとｊが偶数となる前記ストライプ電極Ｒｊとが電気的に絶縁されている上記に記載の位相変調素子を提供する。また、前記第１の方向と前記第２の方向とが直交する上記の位相変調素子を提供する。
【００２３】
また、コヒーレント光を発光する光源を少なくとも一つ含む光源部と、前記光源部が発光した光を変調して画像光を生成する画像光生成部と、前記画像光を投射する投射部と、を備える投射型表示装置であって、前記光源部と前記画像光生成部との間の光路中に、電圧制御装置から発する電気信号により通過する光に対して位相を時間的に変化させる上記に記載の位相変調素子が配置される投射型表示装置を提供する。
【００２４】
また、入射するコヒーレント光の位相を変調する位相変調素子であって、前記位相変調素子は、第１の透明基板の一方の面に第１の透明電極を有し、第２の透明基板の一方の面に第２の透明電極を有して、前記第１の透明基板と前記第２の透明基板との間に液晶層が挟持され、前記第１の透明電極はｍ個の領域を有し（ｍ≧３の整数）、前記ｍ個の領域は、第１の方向に延伸して互いに離隔してなるｍ個の第１のストライプ電極からなり、前記第２の透明電極はｎ個の領域を有し（ｎ≧３の整数）、前記ｎ個の領域は、前記第１の方向とは異なる第２の方向に延伸して互いに離隔してなるｎ個の第２のストライプ電極からなり、ｍ個の前記第１のストライプ電極を、端部からそれぞれストライプ電極Ｃ１、ストライプ電極Ｃ２、…、ストライプ電極Ｃｍとし、ｎ個の前記第１のストライプ電極を、端部からそれぞれストライプ電極Ｒ１、ストライプ電極Ｒ２、…、ストライプ電極Ｒｎとし、ｍ個の前記第１のストライプ電極と、ｎ個の前記第２のストライプ電極とが重なってできるｍ×ｎ個の区画を有する位相変調素子の駆動に際し、ｍ個の前記第１のストライプ電極は、第１のグループまたは第２のグループいずれかに含まれ、前記第１のグループには電圧Ｖ１を印加し、前記第２のグループには電圧Ｖ２を印加し、ｎ個の前記第２のストライプ電極は、第３のグループまたは第４のグループいずれかに含まれ、前記第１のグループには電圧Ｖ３を印加し、前記第２のグループには電圧Ｖ４を印加し、前記第１のストライプ電極に印加される最大の電圧値と最小の電圧値の中間の値と、前記第２のストライプ電極に印加される最大の電圧値と最小の電圧値の中間の値は同一であって中間電圧値ＶＡとし、前記中間電圧ＶＡに対する前記第１のストライプ電極に印加される最大の電圧値をＶＣとし、前記中間電圧ＶＡに対する前記第２のストライプ電極に印加される最大の電圧値をＶＲとし（ＶＲ＞ＶＣ）、前記第２のストライプ電極に、＋ＶＲおよび−ＶＲの両方が印加される時間を含んで繰り返される最短の時間を周期Ｔとするとき、前記周期Ｔのうち前記第２のストライプ電極に｜ＶＲ｜が印加される時間の比であるデューティ比が０．５であり、前記周期Ｔにおける前記電圧Ｖ１の波形と前記電圧Ｖ２の波形は前記中間電圧ＶＡを基準に反転し、前記周期Ｔにおける前記電圧Ｖ３の波形と前記電圧Ｖ４の波形は前記中間電圧ＶＡを基準に反転する位相変調素子の駆動方法を提供する。
【００２５】
また、前記第１のグループは、ｍ個の前記第１のストライプ電極のうちｍ／２個（小数点以下切捨て）からなり、前記第２のグループは、前記第１のグループではない前記第１のストライプ電極からなり、前記第３のグループは、ｎ個の前記第２のストライプ電極のうちｎ／２個（小数点以下切捨て）からなり、前記第４のグループは、前記第２のグループではない前記第２のストライプ電極からなる上記に記載の位相変調素子の駆動方法を提供する。
【００２６】
さらに、前記第１のグループは、ｉを１〜ｍのうちいずれかの整数とするとき、ｉが偶数となる前記ストライプ電極Ｃｉからなり、前記第２のグループはｉが奇数となる前記ストライプ電極Ｃｉからなり、前記第３のグループは、ｊを１〜ｎのうちいずれかの整数とするとき、ｊが偶数となる前記ストライプ電極Ｒｊからなり、前記第４のグループはｊが奇数となる前記ストライプ電極Ｒｊからなる上記に記載の位相変調素子の駆動方法を提供する。
【発明の効果】
【００２７】
本発明は、コヒーレントな光源を用いる投射型表示装置に透過する光の位相を時間的、空間的に変化させる位相変調素子を用い、透過する光の位相差を大きくする駆動方法を用いることで、表示画像のスペックルノイズを効果的に低減するための位相変調素子の駆動方法を実現できる。また、位相変調素子を構成する電極の配線が煩雑とならない位相変調素子および投射型表示装置とすることで構成の簡素化、小型化が実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
図１は、投射型表示装置１０の構成を示す模式図である。発光手段であるコヒーレント光を発する光源として少なくとも１つの半導体レーザ１から出射された光はコリメータレンズ２によって平行光となり、偏光子３を通過する。半導体レーザは直線偏光の光を出射するが、製造ばらつきや使用環境温度変化により、その偏光方向にばらつきや時間的変動を有する場合がある。偏光子３は、この光の偏光状態を一定にするためのものである。
【００２９】
偏光子３を通過した光は、位相変調素子２０によって光の散乱状態を時間的に発現させて出射するものである。位相変調素子２０を透過した光は、集光レンズ４を通過し、画像生成手段である空間変調器５に入射する。空間変調器５としては、典型的には透過型液晶パネルが使用可能であるが、反射型の液晶パネルやデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）などを使用してもよい。このように空間変調器に入射した光束は、画像信号に応じて変調され、投影レンズ６によってスクリーン７などに投影される。なお、光源は、１つのレーザ光源のみを使用する構成であっても、異なる波長の光を出射するレーザ光源を複数配置する構成であっても、コヒーレント性を有さない光源とレーザ光原とを組み合わせて用いる構成であってもよい。
【００３０】
位相変調素子２０は、入射するコヒーレント光に対して位相変調の大きさを時間的、空間的に変化させることにより、スペックルパターンの時間的な変化を発現させる機能を有する。
【００３１】
図２は、位相変調素子２０の構成を示す模式図であり、図２（ａ）は斜視図、図２（ｂ）は断面図を示す。位相変調素子２０は、平行に配置された平坦な２枚の透明基板２４ａ、２４ｂのそれぞれ一方の面に透明電極２１、２２を形成する。また、図示しない電圧制御装置に電気的に接続するため、電極引出部２６ａ、２６ｂが設けられる。なお、電極引出部２６ａ、２６ｂの構成についての詳細は後述する。透明基板２４ａ、２４ｂは入射する光に対して透明であれば、樹脂板、樹脂フィルムなど種々の材料を用いることができるが、ガラスや石英ガラスなどの光学的等方性材料を用いると、透過光に複屈折性の影響を与えないため好ましい。透明電極としては、ＩＴＯ（酸化錫ドープ酸化インジウム）膜、ＡＺＯ（アルミニウムドープ酸化亜鉛）膜、ＧＺＯ（ガリウムドープ酸化亜鉛）膜などの酸化物透明導電膜が高い透明性と導電率とが得られるため好ましく用いられる。
【００３２】
透明電極２１は、平面形状（Ｘ−Ｙ平面）が特定の方向（「第１の方向」とする。）に延伸する形状の領域を有するストライプ電極２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ、２１ｅ、２１ｆおよび２１ｇからなる。また、透明電極２２は、第１の方向とは直交する方向に延伸する形状の領域を有するストライプ電極２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ、２２ｅおよび２１ｆからなる。また、第１の方向と第２の方向は互いに直交するように配置されるが、交差する角度が直交（９０°）に限らず一定の角度であってもよい。透明電極２１、２２が互いに交差してできる区画が例えば、１つの区画が平行四辺形であってもよい。また、ストライプ電極の幅は、とくに同一の幅でなくてもよいが、一つの区画の面積を同じくするように同一であると好ましい。透明基板２４ａと２４ｂとの間には液晶からなる液晶層２３があり、透明基板２４ａ、２４ｂの周りのシール材２５によってシールされる。液晶は、誘電率異方性Δε＞０となる液晶材料を用いると、電圧を印加しない状態において配向膜の配向方向に平行して配向される。また、これに限らず、Δε＜０となる液晶材料を用いてもよい。
【００３３】
透明電極２１、２２の上には、図示しない配向膜が形成され、いずれも同じ方向（例えばＸ方向）に配向される。配向方向は、例えば、入射する直線偏光の光の偏光方向と一致させると、印加する電圧の大きさによって液晶の屈折率変化を大きくすることができる。ここでは印加する電圧を２値で切り替える場合を考え、それによって同相で入射する光に対して２値のうち位相が進む方の状態を「オン」状態とし、位相が遅れる方の状態を「オフ」状態とする。このようにすると、この「オン」状態の区画と「オフ」状態の区画との間で透過する光の位相差を大きくすることができる。また、配向膜は、ポリイミド膜を塗布して一定の方向にラビングされたもので構成されてなるものが用いられるが、これに限らず、ＳｉＯを基板面に対して斜め方向から蒸着してなる斜方蒸着膜などを用いてもよい。ここでは、液晶層２３には、誘電率異方性Δε＞０となる液晶材料を用い、配向方向はいずれもＸ方向に平行であるものとする。
【００３４】
図３（ａ）は、Ｘ−Ｙ平面からみた、透明電極２１、２２の重なりを示す模式図である。また、図３（ｂ）は、透明電極２１と透明電極２２とが透明基板面に垂直な方向から見て重なってできる領域で定義される「区画」およびこれらの区画からできる位相差のパターンを表示する模式図である。ここでは、市松模様となる位相差のパターンの例を示す。このパターンは、各区画の電圧が「オン」状態と「オフ」状態との２値を示すものであり、この電圧によって透過する光の位相が変化する。また、透明電極２１のストライプ電極２１ａ〜２１ｇのライン（行）をそれぞれストライプ電極Ｃ１〜Ｃ７とし、透明電極２２のストライプ電極２２ａ〜２２ｆのライン（列）をそれぞれストライプ電極Ｒ１〜Ｒ６とする。タイムチャートの表示は、とくにストライプ電極Ｃ１〜Ｃ７、ストライプ電極Ｒ１〜Ｒ６を用いて説明する。なお、上記の説明と同様に１つの区画は、例えば「Ｃ１×Ｒ１」というように行と列とが交差してできる領域とする。
【００３５】
次に、印加する電圧の時間的変化（タイムチャート）について説明する。図４は、本願発明の駆動方法を用いたタイムチャートの一例であって、図４（ａ）は、ストライプ電極Ｒ１〜Ｒ６のタイムチャートを示したものである。また、ストライプ電極Ｒ１、Ｒ３、Ｒ５が同じタイムチャート、ストライプ電極Ｒ２、Ｒ４、Ｒ６が同じタイムチャートを示す。ここで、周期Ｔは、基準電圧である中間電圧ＶＡ（この場合、ＧＮＤ）に対してプラス（＋）の電圧、マイナス（−）の電圧の両方が印加される時間を含んで繰り返される最小の時間として定義する。なお、中間電圧値ＶＡは、透明電極に印加される最大の電圧値［Ｖ］と最小の電圧値［Ｖ］の中間の値［Ｖ］となり、例えば図４（ａ）では、中間電圧値ＶＡは（＋ＶＲ−ＶＲ）／２＝０［Ｖ］、つまりグラウンド（ＧＮＤ）に相当する。
【００３６】
ここで、ストライプ電極Ｒ１は、０〜Ｔ／４の間、電圧ＶＲが印加され、Ｔ／４〜Ｔ／２の間はＧＮＤ状態となる。また、Ｔ／２〜３Ｔ／４の間、電圧−ＶＲが印加され、３Ｔ／４〜Ｔの間はＧＮＤ状態となる。そして、ストライプ電極Ｒ２は、０〜Ｔ／４の間はＧＮＤ状態であり、Ｔ／４〜Ｔ／２の間は電圧ＶＲが印加され、Ｔ／２〜３Ｔ／４の間はＧＮＤ状態であり、３Ｔ／４〜Ｔの間は電圧−ＶＲが印加される状態となる。
【００３７】
一方、図４（ｂ）は、市松模様となる位相差のパターンとしたときのストライプ電極Ｃ１〜Ｃ７のタイムチャートを示したものである。また、ストライプ電極Ｃ１、Ｃ３、Ｃ５、Ｃ７が同じタイムチャート、ストライプ電極Ｃ２、Ｃ４、Ｃ６が同じタイムチャートを示す。透明電極２１は、ＧＮＤレベル（＝０［Ｖ］）を中心に、時間Ｔ／４ごとに＋ＶＣまたは−ＶＣが印加される。少なくとも市松模様の位相差のパターンとするとき、例えばストライプ電極Ｃ１とＣ２とは反転するタイムチャートとなり、同様にストライプ電極Ｃ２〜Ｃ７のうち隣り合うストライプ電極のタイムチャートは互いに反転する。また、ストライプ電極Ｒ１〜Ｒ６、ストライプ電極Ｃ１〜Ｃ７に与えるための共通の電圧値（中間電圧値：ＶＡ）をＧＮＤとしたが、これに限らず一定のバイアスを有する共通の電圧値（≠０［Ｖ］）を基準にしてもよい。そして、この中間電圧ＶＡは、透明電極２１、２２いずれも共通の電圧値となる。
【００３８】
ここで、中間電圧ＶＡ値または、中間電圧ＶＡ値［Ｖ］を基準に｜ＶＲ｜［Ｖ］となる電圧値いずれかが印加される透明電極において、周期Ｔのうち、｜ＶＲ｜［Ｖ］となる電圧値が印加される時間の比をデューティ比と定義する。このとき、一方の透明電極（例えば、ストライプ電極Ｒ１〜Ｒ６すべて）に、デューティ比が０．５となるタイムチャートが与えられるようにする。このようにすることで、「オン」状態の実効電圧値と「オフ」状態の実効電圧値との差を大きくすることができるので、大きな位相差を与えることができる。
【００３９】
また、図４（ｃ）は、例としてＣ１×Ｒ１の区画のタイムチャートを示すものである。このように、０〜Ｔ／４の間は、−ＶＣが印加されるので、差分により、ＶＲ＋ＶＣの電圧となる。同様にして、Ｔ／４〜Ｔ／２の間は−ＶＣの電圧、Ｔ／２〜３Ｔ／４の間は−（ＶＲ＋ＶＣ）の電圧、そして３Ｔ／４〜Ｔの間は＋ＶＣの電圧が印加される。ここで、とくにＴ／２において｜ＶＲ＋ＶＣ｜の電圧が印加され、周期Ｔにおける実効電圧が高くなり、本駆動方式では、「オン」状態となる。
【００４０】
また、図４（ｄ）は、例としてＣ２×Ｒ１の区画のタイムチャートを示すものである。このように、０〜Ｔ／４の間は、＋ＶＣが印加されるので、差分により、ＶＲ−ＶＣの電圧となる。同様にして、Ｔ／４〜Ｔ／２の間は＋ＶＣの電圧、Ｔ／２〜３Ｔ／４の間は−（ＶＲ−ＶＣ）の電圧、そして３Ｔ／４〜Ｔの間は−ＶＣの電圧が印加される。ここで、とくにＴ／２において｜ＶＲ−ＶＣ｜の電圧が印加され、周期Ｔにおける実効電圧が低くなり、本駆動方式では、「オフ」状態となる。このように全ての区画（７×６）において「オン」状態と「オフ」状態とを制御して例えば、図３（ｂ）に示す市松模様のパターンとすることができる。
【００４１】
次に、本方式の駆動において、図４（ｃ）、（ｄ）をもとに「オン」、「オフ」の区画にそれぞれ印加される電圧の実効電圧値を計算する。ここで、本方式の、「オン」の区画の実効電圧値を、ＶＯＮＲＭＳ、「オフ」の区画の実効電圧値を、ＶＯＦＦＲＭＳとする。ここで、図４（ｃ）より、ＶＯＮＲＭＳは、周期Ｔのうち時間Ｔ／２だけ｜ＶＲ＋ＶＣ｜［Ｖ］、残りの時間Ｔ／２は｜ＶＣ｜［Ｖ］が印加されるので、式（５）で表すことができる。また、図４（ｄ）より、ＶＯＦＦＲＭＳは、周期Ｔのうち時間Ｔ／２だけ｜ＶＲ−ＶＣ｜［Ｖ］、残りの時間Ｔ／２は｜ＶＣ｜［Ｖ］が印加されるので、式（６）で表すことができる。
【００４２】
【数２】
2010091898.tif 000004
【００４３】
このように本方式の駆動方法では、透明電極２１、２２のストライプ電極の数が３以上であっても式（５）および式（６）が成立する。つまり、ストライプ電極数（３以上）に関わらず、周期Ｔに対して、時間Ｔ／２に印加される電圧の大きさが異なり、この違いによって「オン」状態の実効電圧値と、「オフ」状態の実効電圧値が決まるので、電極数が増加しても「オン」状態の実効電圧値と「オフ」状態の実効電圧値の差は変化しない。したがって、少なくともストライプ電極の数が３以上では、従来の方式に比べて「オン」状態の区画と「オフ」状態の区画との位相差を大きくすることができ位相補正素子全体を透過する光のスペックルノイズを低減させることができる。なお、スペックルノイズは後述する「スペックルコントラスト」により評価する。また、ストライプ電極の数にとくに上限はないが、１０以下であれば、構造が簡素化するので好ましい。
【００４４】
次に、本方式の駆動によって与えるパターンについて説明する。まず、これまで７×６の市松模様のパターンを例に挙げたが、市松模様のようにパターンを構成する最小単位である四角形の１つの区画を考えたとき、その四角形の辺を共有する区画どうしの位相差が異なるようにするとスペックルノイズを低減しやすい。このように、透過する光の位相差を空間的に細かいパターンを与えることが有効となる。なお、市松模様は、空間的に位相差を与えるパターンの例を示すものである。また、図３（ｂ）に示した市松模様は、ある１つの周期Ｔにおけるパターンであって、時間的に変らないものではなく、周期的に変化を繰り返すものである。
【００４５】
例えば、図５は、市松模様のパターンを示すものであっても、各区画が「オン」状態と「オフ」状態とを交互に繰り返す様子を示す模式図である。このように、１つの区画に対して時間的に透過する光の位相の変化があることでスペックルノイズを低減しやすい。図５において、左側の市松模様のパターンを「パターンＡ」（図５（ａ））、右側の市松模様のパターンを「パターンＢ」（図５（ｂ））とし、この「パターンＡ」と「パターンＢ」とが一定の周期で繰り返されるものとする。
【００４６】
図６（ａ）は、例としてストライプ電極Ｒ１およびストライプ電極Ｃ１のタイムチャートを示すものであり、ストライプ電極Ｒ１とストライプ電極Ｃ１に電圧を与えるとき、液晶にＤＣ成分の電圧が常時印加しないようにしているものである。図６（ｂ）は、例として、Ｃ１×Ｒ１の区画のタイムチャートを示すものである。図６（ｂ）は、実際に図５より得られるタイムチャートであって、「パターンＡ」に相当する「オン」状態、「パターンＢ」に相当する「オフ」状態が周期的に繰り返される。また、「オン」状態と「オフ」状態の実効電圧値は、それぞれ上記の式（５）および式（６）を満足する。
【００４７】
一方、図６（ｃ）は、例としてストライプ電極Ｒ１およびストライプ電極Ｃ２のタイムチャートを示すものであり、同様にストライプ電極Ｒ１とストライプ電極Ｃ２に電圧を与えるとき、液晶にＤＣ成分の電圧が常時印加しないようにしているものである。図６（ｄ）は、例として、Ｃ２×Ｒ１の区画のタイムチャートを示すものである。図６（ｄ）は、実際に図５より得られるタイムチャートであって、「パターンＡ」に相当する「オフ」状態、「パターンＢ」に相当する「オン」状態が周期的に繰り返される。また、「オン」状態と「オフ」状態の実効電圧値は、それぞれ上記の式（５）および式（６）を満足する。このように、例えば「Ｃ１×Ｒ１」で「オン」状態のとき、「Ｃ２×Ｒ１」で「オフ」状態となるようにし、ほかの区画においても隣り合う区画について「オン」と「オフ」と異なる状態とすることによって市松模様の位相差のパターンを生成する。そして、「オン」状態と「オフ」状態とが交互に繰り返され、それぞれ上記の式（５）および式（６）を満足するので、大きな位相差を発生させることができる。これによって、スペックルノイズの低減に効果がある。
【００４８】
また、このようなパターンは、図５に示すような市松模様に限らず、また、パターンも２種類に限らず、３種類以上であってもよい。３種類以上のパターンで繰り返す場合、それぞれの区画が３パターンで連続して「オン」状態または「オフ」状態とならないようにすることで、位相変調素子を透過する光の位相を時間的に変えることができるので、スペックルノイズが低減しやすく好ましい。
【００４９】
次に、本発明の駆動方法において、位相補正素子２０に電圧を印加してできる各パターンと、各ストライプ電極と電圧制御装置とを電気的に接続する電気配線との関係について説明する。ここでは、例として、図５に示す市松模様が反転する２種類のパターンが繰り返すものについて考える。図７（ａ）は、透明電極２１のストライプ電極Ｃ１〜Ｃ７について示す模式図であり、図７（ｂ）は、透明電極２２のストライプ電極Ｒ１〜Ｒ６について示す模式図である。
【００５０】
図７（ａ）において、ストライプ電極Ｃ１、Ｃ３、Ｃ５およびＣ７は電気的に接続されている。一方、ストライプ電極Ｃ２、Ｃ４およびＣ６は電気的に接続され、ストライプ電極Ｃ１、Ｃ３、Ｃ５およびＣ７とは電気的に絶縁されている。同様に図７（ｂ）において、ストライプ電極Ｒ１、Ｒ３およびＲ５は電気的に接続されている。一方、ストライプ電極Ｒ２、Ｒ４およびＲ６は電気的に接続されており、ストライプ電極Ｒ１、Ｒ３およびＲ５とは電気的に絶縁されている。なお、ここで、ストライプ電極Ｃ１、Ｃ３、Ｃ５およびＣ７をまとめて第１のグループ、ストライプ電極Ｃ２、Ｃ４およびＣ６をまとめて第２のグループ、ストライプ電極Ｒ１、Ｒ３およびＲ５をまとめて第３のグループ、そしてストライプ電極Ｒ２、Ｒ４およびＲ６をまとめて第４のグループとする。このようにすることで、第１のグループには電圧Ｖ１、第２のグループには電圧Ｖ２、第３のグループには電圧Ｖ３、そして第４のグループには電圧Ｖ４と４種類の電圧（波形）を印加して制御することができる。また、例えば、図７（ａ）、図７（ｂ）に示すように、電気的に接続するための構成として、第１のグループ、第２のグループ、第３のグループおよび第４のグループは、それぞれ同一平面においてで櫛歯状にパターニングされるようにする。
【００５１】
このように図５（ａ）に示す市松模様の位相差のパターンを繰り返す場合、電圧信号を与えるために電圧制御装置へ接続する電気配線は４本（種類）で制御が可能である。これは、市松模様の位相差のパターンであれば、ストライプ電極数が多くなっても電圧制御装置と接続するための電気配線の本数が増えることはないため、位相補正素子の小型化を実現することができる。さらに、電気配線が煩雑にならないので電圧制御装置も小型化を実現できる。また、図７に示すように電気配線数を４本とする場合に限らず、市松模様とは異なる位相差のパターンを含む場合でも、ストライプ電極Ｃ１〜Ｃ７、Ｒ１〜Ｒ６のうち共通のタイムチャートとなるストライプ電極を電気的に接続することで、ストライプ電極数に対して電圧制御装置と接続するための電気配線の数を減らすことができ、好ましい。例えば、透明電極２２は、第３のグループと第４のグループのようにまとめられてなく、ストライプ電極ごとに独立して電圧制御装置に配線されていても、透明電極２１は、第１のグループと第２のグループとにまとめられているものであってもよい。
【００５２】
このように、この本発明の駆動方法は、従来の駆動方法のようにストライプ電極Ｒ１〜Ｒ６には独立した電圧信号を与えなくてもよいので、位相変調素子と電圧制御装置とを接続するための電気配線数を低減でき、位相変調素子の構成も簡素化されるので好ましいといえる。
【００５３】
図７は、７×６のストライプ電極の構成を例としたが、これに限らない。図８（ａ）は、ストライプ電極Ｃ１〜Ｃｍ（ｍ≧３の整数）としたとき、図８（ｂ）は、ストライプ電極Ｒ１〜Ｒｎ（ｎ≧３の整数）としたときの平面模式図であり、ｍ×ｎのマトリクスと一般化したときの例である。この場合でも、例えば市松模様が反転する２種類の位相差のパターンが繰り返すものであれば、ｉを１〜ｍのうちいずれかの整数として、ストライプ電極Ｃｉのうちｉが奇数となるストライプ電極からなる第１のグループは電気的に接続され、ｉが偶数となるストライプ電極からなる第２のグループは電気的に接続され、第１のグループとは電気的に絶縁される。同様にｊを１〜ｎのうちいずれかの整数として、ストライプ電極Ｒｊのうちｊが奇数となるストライプ電極からなる第３のグループは電気的に接続され、ｊが偶数となるストライプ電極からなる第４のグループは電気的に接続され、第３のグループとは電気的に絶縁される。
【００５４】
このように、ｍ、ｎが３以上のいずれの整数であっても、この場合、電圧制御装置と接続するための電気配線は４本のみとなり、電気配線数を低減でき、位相変調素子の構成の簡素化も実現できる。また、市松模様とは異なるパターンを含む場合でも、ストライプ電極Ｃ１〜Ｃｍ、Ｒ１〜Ｒｎのうち共通のタイムチャートとなるストライプ電極同士が電気的に接続されることで、ストライプ電極数に対して電気配線の数を減らすことができ、好ましい。
【００５５】
また、電気的な接続を実現する構成としては、図７、図８に示すパターンに限らない。図示しないが、例えば、光が入射しない電極引出部にあるストライプ電極の上に全てのストライプ電極と交差するように絶縁膜と導電膜とが交互に２層ずつ厚さ方向に積層され、例えばスルーホールなどを介して２つの導電膜はそれぞれ第１のグループ、第２のグループ（第３のグループ、第４のグループ）に分かれるように電気的に接続される構成であってもよい。
【００５６】
（実施例）
位相変調素子２０の作製方法について図２を用いて説明する。透明基板２４ａ、２４ｂとして、厚さ０．５ｍｍの石英ガラス基板にシート抵抗値約４０［Ω／□］のＩＴＯ膜を形成した。その後、透明基板２４ａ上に、ＩＴＯ膜をフォトリソグラフィおよびエッチングによって、ストライプ電極の幅が約０．６７ｍｍ、隣り合うストライプ電極間の間隔を約０．０３ｍｍとなる７つのストライプ電極２１ａ〜２１ｇ（透明電極２１）を形成した。同様に、透明基板２４ｂ上に、ストライプ電極の幅が約０．８７ｍｍ、隣り合うストライプ電極間の間隔を約０．０３ｍｍとなる６つのストライプ電極２２ａ〜２２ｆ（透明電極２２）を形成した。
【００５７】
次に、透明電極２１上に厚さ約４０ｎｍのＳｉＯ２を主成分とする絶縁膜を形成し、その上に、厚さが約４０ｎｍ程度となるようにポリイミドを塗布し、Ｙ方向にラビングをして配向膜を形成した。そして、透明電極２１が形成された面と、透明電極２２が形成された面を、ラビング方向が平行するように対向させ、外周をシール材２５でシールして一定の厚さの空隙を有するセルを作製した。
【００５８】
その後、シール材に設けた図示しない注入口より、屈折率異方性Δｎが０．２６となる正の誘電異方性を有するネマティック液晶を注入して空隙を充填し、注入口をアクリル接着剤で封止して位相変調素子２０を作製した。なお、屈折率異方性Δｎは、常光屈折率ｎｏと異常光屈折率ｎｅとの差、つまりΔｎ＝｜ｎｅ−ｎｏ｜で表されるパラメータである。
【００５９】
次に、スペックルノイズの評価の指標となるスペックルコントラストＣｓについて説明する。このスペックルコントラストは、下記の式（７）のように画素の明るさの平均値Ｉａｖｒに対する画素の明るさ標準偏差σで示されるものである。画素の明るさの平均値Ｉａｖｒおよび画素の明るさ標準偏差σは、それぞれ式（８）、式（９）に表される。ここでＮは全画素数を表し、Ｉｎは各画素に対する明るさ、Ｉａｖｒは全画素の明るさの平均を示すものである。このスペックルコントラストＣｓが低い値になるにつれて投射される画像で観察されるスペックルノイズが低減されるものである。本発明の位相変調素子を配置した投射型表示装置は、このスペックルコントラストによって評価する。
【００６０】
【数３】
2010091898.tif 000005
【００６１】
また、図９は、スペックルコントラストを評価する具体的な評価光学系について示したものである。コヒーレントな光を発する光源６１は、波長６３３ｎｍのＨｅ−Ｎｅレーザを使用し、位相変調素子２０には光軸に平行な光として、直径約４ｍｍφの光を入射させる。なお、位相変調素子２０には電圧制御装置６４から例えば、図５（ａ）の市松模様が反転して繰り返すように、時間的、空間的に変化するパターンを与える。位相変調素子２０を透過した光は、出射角度約±１０°で拡散する拡散板６３を透過させ、ロッドインテグレータ６５で照度を均一化させる。ロッドインテグレータ６５を透過した光は投影レンズ６６と透過してスクリーン６７に投影される。スペックルコントラストは、スクリーン６７に投影された画像を図示しないデジタルカメラで撮影して分析する。ここで、電圧制御装置６４により、位相変調素子２０に対して、繰り返すパターン、駆動方法を変えて評価する。
【００６２】
次に、具体的に評価に用いたパターンを説明する。図１０は、７×６の区画のパターンを示す平面模式図であり、最大で１０のパターンが図１０（ａ）〜図１０（ｊ）の順に変化して繰り返しされる。パターン数は、２、４、６および１０で評価し、例えば、パターン数が２であれば図１０（ａ）と図１０（ｂ）とが交互に繰り返され、パターン数が４であれば図１０（ａ）〜図１０（ｄ）の順にパターンが変化して繰り返される。同様に、パターン数が６であれば、図１０（ａ）〜図１０（ｆ）の順にパターンが変化して繰り返される。表１は、実施例および比較例の条件を示したものである。
【００６３】
【表１】
2010091898.tif 000006
【００６４】
実施例として、本発明の駆動方法を用い、パターン数２および４で評価した。このとき、透明電極２１には、１つのパターンの周期Ｔ＝１２．５［ｍｓｅｃ］となるように、振幅（ＶＣ＝）１．６３［Ｖ］の矩形波交流電圧を印加した。また、透明電極２２にも同様にパターンに応じて、１つのパターンの周期Ｔ＝１２．５［ｍｓｅｃ］となるように、デューティ比０．５となるＶＲ＝２．３［Ｖ］となる矩形波電圧を印加した。このとき、例えば、実施例１において、「オン」状態の実効電圧値を示すＶＯＮＲＭＳは約３．０１［Ｖ］、「オフ」状態の実効電圧値を示すＶＯＦＦＲＭＳは約１．２４［Ｖ］であった。
【００６５】
また、実施例１を実現するために、位相変調素子２０は、各ストライプ電極を（グラウンドを除く）４種類の電気配線にまとめて電圧制御装置に接続でき、位相変調素子の簡素化および電圧制御装置の小型化が実現できた。また、実施例２を実現するため、透明電極２１には２種類の電気配線にまとめて電圧制御装置に接続できた。
【００６６】
比較例として、従来の駆動方法を用い、パターン数２、４、６および１０で評価した。透明電極２１には、１つの位相差のパターンを示す周期Ｔ＝２５［ｍｓｅｃ］となるように、振幅（ＶＣ＝）１．４７［Ｖ］の矩形波電圧を印加した。また、透明電極２２にも同様にパターンに応じて、１つのパターンの周期Ｔ＝２５［ｍｓｅｃ］となるように、デューティ比１／６となるＶＲ＝３．６［Ｖ］となる矩形波電圧を印加した。このとき、例えば、比較例３において、「オン」状態の実効電圧値を示すＶＯＮＲＭＳは約２．４７［Ｖ］、「オフ」状態の実効電圧値を示すＶＯＦＦＲＭＳは約１．６［Ｖ］であった。
【００６７】
光源６１よりＹ方向の直線偏光となるコヒーレントな光を出射させて位相変調素子２０に入射させる。そして、実施例１、２および比較例１〜４の条件において、スクリーンに表示された映像をデジタルカメラで撮影し、そのときのスペックルコントラストを調べた。デジタルカメラの撮影はスクリーン面に対して略垂直となる角度からスクリーンの中央付近の約１．５ｃｍ四方の正方形領域を撮影した。このとき、デジタルカメラの撮影条件は、縦方向２００ピクセル×横方向２００ピクセル＝４００００ピクセルの画素数において、各画素の明るさを０〜２５５の２５６段階で分析し、上記の式（７）に基づいて、スペックルコントラストを計算した。図１１は、位相変調素子２０を配置しない場合のスペックルコントラストの値を１００％と規格化してスペックルコントラスト比とし、各方式の駆動方法およびパターン数に対するスペックルコントラスト比の結果を示したグラフである。なお、位相変調素子２０を配置しない場合のスペックルコントラストは約０．３１であった。
【００６８】
このように、本発明の駆動方法とすることで、スペックルコントラストが改善しており、パターン数２またはパターン数４の本発明の駆動方法によって低いスペックルノイズの映像を実現することができることがわかった。また、パターンを工夫することによって位相変調素子の各ストライプ電極に接続すべき電気配線を少なくすることができ、位相変調素子２０の簡素化とともに電圧制御装置の小型化が実現できた。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
以上のように、本発明の駆動方法を利用する位相変調素子とすることで、スペックルコントラスト（スペックルコントラスト比）を改善することができ、これよりスペックルノイズが抑制された投射型表示素子を実現することができる。さらに、位相変調素子の各電極に接続する電気配線を共有化することができ、位相補正素子の簡素化および電圧制御装置の小型化が実現でき、有用である。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】投射型表示装置の構成概念図。
【図２】位相変調素子の具体的な構成を示す斜視的模式図および断面模式図。
【図３】透明電極の重なりを示す平面模式図および重なりによってできる区画からできるパターンの一例を示す平面模式図。
【図４】本発明の駆動方法を用いたときのタイムチャート（電圧の時間的変化）。
【図５】市松模様が反転する位相差のパターンを示す平面模式図。
【図６】市松模様が反転する位相差のパターンを繰り返す場合において、本発明の駆動方法を用いたときの別のタイムチャート（電圧の時間的変化）。
【図７】ストライプ電極同士が電気的に接続される構成を示す模式図（区画数：７×６）。
【図８】ストライプ電極同士が電気的に接続される構成を示す模式図（区画数：ｍ×ｎ）。
【図９】スペックルコントラストを評価する評価光学系を示す模式図。
【図１０】実施例および比較例におけるパターンを示す平面模式図。
【図１１】実施例および比較例によるスペックルコントラスト比の結果を示すグラフ。
【図１２】スペックルキャンセラとなる液晶素子の斜視的模式図およびパターンの一例を示す平面模式図。
【図１３】従来の駆動方法を用いたときのタイムチャート（電圧の時間的変化）。
【図１４】液晶素子に印加する電圧によって液晶の配向が異なることを説明する模式図および印加電圧によって液晶素子を透過する光の位相差を示すグラフ。
【符号の説明】
【００７１】
１  半導体レーザ
２  コリメータレンズ
３  偏光子
４  集光レンズ
５  空間変調器
６、６６  投影レンズ
７、６７  スクリーン
１０  投射型表示装置
２０  位相変調素子
２１、２２、１１２ａ、１１２ｂ  透明電極
２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ、２１ｅ、２１ｆ、２１ｇ、２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ、２２ｅ、２２ｆ  ストライプ電極
２３、１１３  液晶層
２４ａ、２４ｂ、１１１ａ、１１１ｂ  透明基板
２５、１１４  シール材
２６ａ、２６ｂ  電極引出部
６１  光源
６３  拡散板
６４  電圧制御装置
６５  ロッドインテグレータ
１１０  液晶素子
１１３ａ  液晶分子
１１５  電源
【図１】
2010091898.tif 000007
【図２】
2010091898.tif 000008
【図３】
2010091898.tif 000009
【図４】
2010091898.tif 000010
【図５】
2010091898.tif 000011
【図６】
2010091898.tif 000012
【図７】
2010091898.tif 000013
【図８】
2010091898.tif 000014
【図９】
2010091898.tif 000015
【図１０】
2010091898.tif 000016
【図１１】
2010091898.tif 000017
【図１２】
2010091898.tif 000018
【図１３】
2010091898.tif 000019
【図１４】
2010091898.tif 000020