(57)【要約】【課題】表示画面の明るさが均一化でき、画面上に縞状のノイズの影響を低減することができる画像表示装置を提供する。【解決手段】空間フィルタ２５の反射部４４に透過部４３を設け、表示に用いる±１次光２８ａ、２８ｃと異なる次数の回折光、好ましくは、０次光２８ｂを通過させ、表示用光に含ませて、スクリーン２７上の少なくとも暗状態における表示画面の明るさを均一化し、縞状のノイズを観察しにくくする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一列に配置された複数の光スイッチング素子と、
前記光スイッチング素子に照射する照明光を生成する光源と、
前記光スイッチング素子により射出された射出光を、画像表示に用いる表示用光と画像表示に用いない非表示用光に分離し、前記表示用光を通過させる光選択手段とを含む画像表示装置であって、
前記光選択手段は、前記非表示用光も通過させる
画像表示装置。
【請求項２】
前記光スイッチング素子は、第１の動作状態において、前記光源から照射された前記照明光を反射し、反射光を前記光選択手段に射出し、
前記光スイッチング素子は、第２の動作状態において、前記光源から照射された前記照明光を回折し、複数の次数の回折光を前記光選択手段に射出し、
前記光スイッチング素子が第１の動作状態では、前記非表示用光は、前記反射光を含み、
前記光スイッチング素子が第２の動作状態では、前記非表示用光は、所定の回折光を含む
請求項１に記載の画像表示装置。
【請求項３】
前記光選択手段は、
前記表示用光を通過させる第１の開口部と、
前記非表示用光を通過させる第２の開口部と
を有する
請求項１に記載の画像表示装置。
【請求項４】
前記光スイッチング素子の少なくとも第１の動作状態において、前記表示用光により表示された画面の明るさが均一になるように、前記第２の開口部を通過する前記非表示用光の量が調整される
請求項３に記載の画像表示装置。
【請求項５】
共通基板と、前記共通基板と所定の間隔を隔てて対向するように形成され、一定の間隔で配置された複数の反射要素とを有し、前記反射要素は、第１のグループと第２のグループとにクループ化され、第１の動作状態において、前記第１のグループおよび第２のグループに属する前記反射要素が照射光を反射するように略同一平面を形成し、第２の動作状態において、前記第１のグループおよび第２のグループに属する前記反射要素とが照射光を回折するようにそれぞれ所定の距離離間されて段差を形成する光反射・回折素子と、
前記光反射・回折素子に照明光を照射する光源と、
前記光反射・回折素子により射出された射出光を、画像表示に用いる表示用光と、画像表示に用いない非表示用光とに分離し、前記表示用光および前記非表示用光をそれぞれ通過させる光選択手段と
を有する
画像表示装置。
【請求項６】
前記光反射・回折素子において、前記共通基板は共通電極であり、前記反射要素は導電性および可とう性を有し、前記第１の動作状態において、前記共通電極と、前記第１のグループおよび前記第２のグループに属する反射要素とは、同電位であり、前記第２の動作状態において、前記共通電極と一方のグループの反射要素とは同電位であり、前記共通電極と他方の前記反射要素との間に電圧が印加され、他方のグループの前記反射要素が前記共通電極側に変位する
請求項５記載の画像表示装置。
【請求項７】
前記第１の動作状態において、前記光反射・回折素子は、前記光源から照射された前記照明光を反射し、反射光を前記光選択手段に射出し、
前記第２の動作状態において、前記光反射・回折素子は、前記光源から照射された前記照明光を回折し、回折光を前記光回折手段に射出し、
前記第１の動作状態において、前記非表示光として、前記反射光を含み、
前記第２の動作状態において、前記非表示光として、所定の回折光を含む
請求項５に記載の画像表示装置。
【請求項８】
前記光反射・回折素子において、前記光選択手段は、前記表示用光を通過させる第１の開口部と、前記非表示用光を通過させる第２の開口部とを有する
請求項５に記載の画像表示装置。
【請求項９】
前記光反射・回折素子により反射光が射出される第１の動作状態、および、回折光が射出される前記第２の動作状態において、前記表示用光により表示された画面の明るさが均一になるように前記第２の開口部を通過する前記非表示用光の量が調整される
請求項８に記載の画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、光を回折又は反射させ、回折格子型光バルブなどの光スイッチング素子、光反射・回折素子を用いて二次元の画像を表示する画像表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
プロジェクターやプリンターなどの画像形成装置において、画像の解像度を上げるには、１次元の画像表示素子からの光束を光走査手段で走査しながら画像形成手段に投影し、２次元画像を形成する方法が知られている（米国特許第５９８２５５３号）。１次元の画素表示素子として、米国Ｓｉｌｉｃｏｎ　Ｌｉｇｈｔ　Ｍａｃｈｉｎｅ社により開発された回折ライトバルブ（ＧＬＶ：　ｇｒａｔｉｎｇ　ｌｉｇｈｔ　ｖａｌｖｅ）が知られている（特許第３１６４８２４号、米国特許第５８４１５７９号）。
ＧＬＶは光の回折を利用したマイクロマシン位相反射型回折格子より成っている。ＧＬＶは光の反射・回折の作用を有し、光のＯＮ／ＯＦＦ制御を電気的にコントロールして、デジタル画像表示ができる。
１次元アレイ化されたＧＬＶ素子から射出された光をスキャンミラーで走査して２次元画像を得るので、通常の２次元表示装置と比較して、縦方向の画像数は同じになる。しかし、横方向の画素数は、少なくとも１個あれば良いので２次元画像表示に必要な画素数は少ない。また、ＧＬＶのリボン素子と呼ばれている電極部分は、サイズが非常に小さいので（約１×４０μｍ）、高い解像度、高速なスイッチング速度及び広い帯域幅の表示が可能である。また、低い印加電圧で動作することができるので、非常に小型化された表示装置を実現することが期待されている。
【０００３】
次に、図７〜図９を参照して、ＧＬＶの動作原理を簡単に説明する。
図７は、ＧＬＶ画像素子の一部を模式的に示した斜視図である。
図７に示すように、ＧＬＶ素子１において、共通電極となる基板１２の上に、基板１２と所定の間隔を保って、条帯状（ストリップ）のリボン素子（反射要素）１０ａ、１１ａ、１０ｂ、１１ｂ、１０ｃ、１１ｃ、１０ｄが形成されている。リボン素子１０ａ、１１ａ、１０ｂ、１１ｂ、１０ｃ、１１ｃ、１０ｄは、上面に反射膜（不図示）が形成されており、反射部材として作用する。
リボン素子１０ａ、１１ａ、１０ｂ、１１ｂ、１０ｃ、１１ｃ、１０ｄは、それぞれグループ化され、リボン素子１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄが共通電極との電位差に応じて、上下方向に移動可能である。一方、リボン素子１１ａ、１１ｂ、１１ｃは共通電極と同電位を保ち、移動できない。移動可能なリボン素子１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄを可動リボン素子、固定されているリボン素子１１ａ、１１ｂ、１１ｃを固定リボン素子と呼ぶ。
【０００４】
リボン素子の代表的な寸法の一例として、例えば、リボン素子の幅は３〜４μｍ、隣接するリボン素子間のギャップは約０．６μｍ、リボン素子の長さは２００〜４００μｍ程度である。
複数のリボン素子が１セットとして１つの画素に用いることができる。例えば、図７に示された隣接する６本のリボン素子１０ａ、１１ａ、１０ｂ、１１ｂ、１０ｃ、１１ｃにより１つの画素を表わすことができる。この場合、１画素分の幅は約２５μｍである。
例えば、実用化されつつある１０８０画素を表示するＧＬＶにおいては、図７の横方向に沿って、１０８０画素分のリボン素子が多数配置されている。このようなＧＬＶは微細半導体製造技術で作製することが出来る。
【０００５】
ＧＬＶ素子１の動作は、リボン素子１０ａ、１１ａ、１０ｂ、１１ｂ、１０ｃ、１１ｃ、１０ｄと基板１２との間に印加する電圧のＯＮ−ＯＦＦで制御される。図８は、図７におけるＧＬＶ素子１の横方向の断面図である。可動リボン素子１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄへの電圧は印加されておらず、固定リボン素子１１ａ、１１ｂ、１１ｃは接地され、共通電極と可動リボン素子および固定リボン素子は同じ電位を保っている。この状態はＧＬＶのＯＦＦ状態という。
可動リボン素子１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄは共通電極と同電位であるので移動せず、すべてのリボン素子が基板１２から一定の距離を保ち、ほぼ同じ平面に位置する。
この状態で照明光束が入射すると、すべてのリボン素子がまとまって平面鏡として作用し、各リボン素子１０ａ、１１ａ、１０ｂ、１１ｂ、１０ｃ、１１ｃ、１０ｄにおいて反射された各反射光束の全光路差は生じずに、照明光束をほとんど回折及び偏向せずに反射する。
ＧＬＶのＯＦＦ状態は、画面の暗状態に対応し、表示画面が黒になる。
【０００６】
図９においては、可動リボン素子１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄに所定の駆動電圧が印加され、固定リボン素子１１ａ、１１ｂ、１１ｃが接地されている。
図９に示すように、電圧が印加されて共通電極と電位差を有する可動リボン素子１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄは、基板１２の側に静電力で引き下げられる。例えば、可動リボン素子１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄがλ／４引き下げられる（λは、入射光の波長である）。一例として、λ＝５３２ｎｍの場合は、可動リボン素子の移動量はλ／４＝１３３ｎｍである。
この状態で照明光束が入射すると、可動リボン素子１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄで反射される光束と固定リボン素子１１ａ、１１ｂ、１１ｃで反射される光束間の全光路差は半波長（λ／２）となる。これにより、ＧＬＶが反射型回折格子として作用し、反射光束（０次光）同士は干渉して打ち消し合い、±１次光、±２次光など他の次数の回折光が生じる。
その後、例えば、±１次光が光学系を経由して、スクリーンなどの表示画面に結像する。０次光は遮断されて、表示画面に到達しないように、光学系が構成されている。
【０００７】
リボン素子に対する入射角度がθｉとなる入射光は、上記のＯＮ状態のＧＬＶに入射し、発生したｍ次の回折光の回折角度θｍは、次の式（１）となる。
【数１】
ｓｉｎ（θｍ）＝　ｓｉｎ（θｉ）＋（ｍλ／Ｄ）　　　　　　　　　　　　　　　　　　（１）
ここで、Ｄは図９で示されたＧＬＶのリボン素子のピッチである。
リボン素子に対して照射光が垂直に入射され、また、発生する回折光の強度が一番強い±１次光の場合は、θｉ＝０、ｍ＝１となるので、回折角度θ１は、次の式（２）となる。
【数２】
ｓｉｎ（θ１）＝λ／Ｄ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（２）
【０００８】
このような１次元画像表示素子ＧＬＶを用いた画像表示装置は、通常の二次元画像表示装置、例えば、液晶パネルなどを用いた投射型表示装置と比べて、ＧＬＶ自体に画素間の境界が存在しないため、極めて滑らかで自然な画像表現が可能である。さらに、三原色である赤色、緑色、青色のレーザを光源とし、これらの光を混合することで、極めて広い、自然な色再現範囲の画像が表現できるなど、従来にない優れた表示性能を有している。例えば、ＧＬＶを用いた画像表示装置は、１０００：１以上の高コントラストを実現できることが期待されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、実際に、例えば、１０８０画素のＧＬＶをスキャンして得た１０８０×１９２０画素の画像表示装置において、良好な画像表示を全画素で実現することは容易ではない。その理由は、製造プロセスの不完全さなどによりｎｍ程度のリボン素子の構造には不均一性が存在するため、１つのＧＬＶ素子に含まれている１０８０画素を構成するリボン素子にはバラツキがある。例えば、リボン素子をｎｍレベルで移動させる駆動信号の誤差によるＧＬＶのＯＮ状態における可動リボン素子の移動量のバラツキ、製造技術によるＧＬＶのＯＦＦ状態におけるリボン素子の高さのバラツキおよびその他歪み、有効照明領域外での光回折、リボン素子の反射面上の凸凹と各種付着物による散乱光の発生、不均一な２次照明光の影響などの画質を劣化させる要因がある。この影響が特に暗状態の明るさに変動を生じさせる。
【００１０】
図１０は、ＧＬＶ素子においてリボン素子の高さの変動により、表示画面上の暗状態の光強度の変動を計算した結果を示す。
図１０において、縦軸は規格化された相対的な光強度であり、横軸は計算点数であって、１画素は３８４点に対応している。従って、図１０では、約２０画素の計算結果が示されている。
図１０は、後述する図２のＧＬＶ素子の構造条件を用いて、リボン素子の高さ変動の標準偏差が０．５ｎｍである場合の、表示画面上の暗状態における各画素の光強度を計算した。図１０に示された各画素の光強度のデータに基づいて、画面明るさの標準偏差と画面明るさの平均値の比を求めると、画面の明るさ変動は約６０％と非常に大きい。
【００１１】
図１１は、ＧＬＶ素子においてリボン素子の高さの変動により画面表示上の暗状態の光強度の変動を測定した結果を示す。ここで、縦軸は、図１０と同じく、規格化された光強度の相対値であり、横軸は全部１０８０画素に対応する。即ち図１１は全部１０８０画素の結果を示している。
図１０と図１１とを比較すれば分かるように、図１０の計算結果は図１１の実験結果と概略一致している。即ち、リボン素子の高さのｎｍ以下程度のバラツキでも、画面上の暗状態において各画素で光強度は大きく変動する。なお、暗状態において表示画面に到達した光束としては、例えば、二次照明光や、照明領域外の回折などによりＧＬＶが射出した１次回折光などがある。
【００１２】
さらに、ＧＬＶを用いた画像表示装置は、画素がばらつくと、画質の悪い画素はスキャンにより表示画面に縞状のノイズを残すため、表示装置としては大きな問題である。
【００１３】
上記のようなｎｍ程度の構造のバラツキに起因する回折光の強度の変動は、暗状態においては本質的なものであり、回折格子光バルブの構造最適化により解決することはかなり困難である。
上記のような暗状態における画面の明るさ不均一を改善する手段として、各画素にその明るさが一定値になるように電圧を印加する方法が考えられる。しかしながら、暗状態においてはリボン素子の微小なバラツキでも１次光が射出され、その強度は大きく変動するので、この制御には０．１Ｖ以下の高精度の電圧制御が不可欠であり、一般に、高分解能の駆動回路が必要になるなど、簡便ではない。
【００１４】
本発明は、このような課題を鑑みてなされ、その目的は、表示画面の明るさを均一化でき、画面上に発生する縞状のノイズの影響を低減する画像表示装置を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明の画像表示装置は、一列に配置された複数の光スイッチング素子と、光スイッチング素子に照射する照明光を生成する光源と、光スイッチング素子により射出された射出光を、画像表示に用いる表示用光と画像表示に用いない非表示用光に分離し、表示用光を通過させる光選択手段とを含む画像表示装置であって、光選択手段は、非表示用光も通過させる。
【００１６】
上記の画像表示装置において、画像表示に用いる表示用光と画像表示に用いない非表示用光に分離し、別々に通過させる光選択手段を有することによって、光スイッチング素子から射出された非表示用光を照射する。
【００１７】
前記光スイッチング素子は、第１の動作状態において、光源から照射された照明光を反射し、反射光を光選択手段に射出し、第２の動作状態において、光源から照射された照明光を回折し、複数の次数の回折光を光選択手段に射出し、第１の動作状態においては、前記非表示用光は前記反射光を含み、第２の動作状態においては、非表示用光は所定の回折光を含む。
【００１８】
前記光選択手段は、前記表示用光を通過させる第１の開口部と、前記非表示用光を通過させる第２の開口部とを有し、前記光スイッチング素子が第１の動作状態において、第２の開口部を通過する前記非表示用光の量が調整し、表示用光により表示された画面の明るさを均一にする。
【００１９】
また、上記課題を解決するために、本発明の画像表示装置は、共通基板と、共通基板と所定の間隔を隔てて対向する反射面が形成され、一定の間隔で配置された複数の反射要素とを有し、反射要素は第１のグループと第２のグループとにクループ化され、第１の動作状態において、第１のグループおよび第２のグループに属する反射要素が照射光を反射するように略同一平面を形成し、第２の動作状態において、第１のグループおよび第２のグループに属する反射要素とが照射光を回折するようにそれぞれ所定の距離離間され、段差を形成する光反射・回折素子と、前記光反射・回折素子に照明光を照射する光源と、光反射・回折素子により射出された射出光を、画像表示に用いる表示用光と、画像表示に用いない非表示用光とに分離し、表示用光および非表示用光をそれぞれ通過させる光選択手段とを有する。
【００２０】
上記の本発明の画像表示装置によれば、光反射・回折素子により射出された射出光を、画像表示に用いる表示用光と、画像表示に用いない非表示用光とに分離し、それぞれ通過させる光選択手段とを有することにより、非表示光を照射する。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の画像表示装置の実施の形態について、添付の図面を参照して述べる。
本実施形態において、光スイッチング素子の一例としてＧＬＶ素子を用い、それを用いた画像表示装置が構成される。また、光のスイッチ作用を有する１次元回折格子型ライトバルブを以下、光反射・回折素子とも言う。
本実施形態においては、表示に利用する回折光以外の所定の回折光、望ましくは、０次光を微小量付加することによって、上記した明るさ不均一を改善する。
【００２２】
図１は、本実施形態の画像表示装置の概略図である。
図１に示す画像表示装置２０は、光源２１、照明光学系２２、１次元画像素子ＧＬＶ素子２３、レンズ２４、空間フィルタ２５、スキャンミラー２６、スクリーン２７を有する。
光源２１は、例えば、半導体レーザのようなデバイスであり、赤、緑、及び青色の光束を射出する光源をそれぞれ含む。照明光学系２２は、光源２１からの光ビームを平行光に変換して１次元画像素子ＧＬＶ素子２３に照射する。
【００２３】
ＧＬＶ素子２３は、複数の画素が１次元に配列し、図７〜図９で示すように、表示する画像に対応する駆動電圧の印加によってＯＮ／ＯＦＦして動作し、入射した照明光を反射又は回折し、反射光、又は、回折光を射出する。本実施形態において、ＧＬＶ素子のＯＦＦ状態を第１の動作状態、ＯＮ状態を第２の動作状態とするが、特に限定されない。
たとえば、ＧＬＶ素子２３がＯＮ状態の場合に、回折作用により±１次回折光などの回折光２８ａ、２８ｃが射出されて、０次光２８ｂと異なる各方向に進行する。
レンズ２４は、ＧＬＶ素子２３から射出された反射光（０次光）２８ｂ、又は、回折光２８ａ、２８ｃから形成される１次元の像を拡大し、スキャンミラー２６へ投影する。
【００２４】
ＧＬＶ素子２３がＯＮ状態の時に発生した０次光２８ｂ、および±１次光２８ａ、２８ｃは、空間フィルタ２５に入射する。
空間フィルタ２５は、レンズ２４から射出された±１次回折光２８ａ、２８ｃを通過させ、スキャンミラー２６に到達させる。また、レンズ２４から射出された反射光又は０次光２８ｂを遮蔽する。
スキャンミラー２６は、ＧＬＶ素子２３からの１次元の画像情報を含む反射回折光をスキャンしてスクリーン２７上に反射し、スクリーン２７上に２次元の画像を形成する。スキャンミラー２６は、例えば、ガルバノミラーである。
【００２５】
図２は、画像表示装置２０に用いられたＧＬＶ素子２３の一部を模式的に示した平面図である。なお、本実施形態において、条帯状の反射素子を反射要素とし、以下、リボン素子という。また、反射要素の形状はこれに限定されない。
図２に示すように、本実施形態では、１次元ＧＬＶ素子２３の１画素は、６本のリボン素子３１ａ、３２ａ、３１ｂ、３２ｂ、３１ｃ、３２ｃで構成されて、リボン素子３１ａ、３１ｂ、３１ｃとリボン素子３２ａ、３２ｂ、３２ｃの二つにグループ化されている。これらはさらにワイヤーボンディング用のパッドに接続されている。
各リボン素子は、例えば、窒化シリコン（ＳｉＮ）の表面に反射面としてアルミニウム膜が形成された構造を有する。ここで、例えば、リボン素子３１ａ、３１ｂ、３１ｃが可動リボン素子、リボン素子３２ａ、３２ｂ、３２ｃは固定リボン素子である。また、各リボン素子は、導電性および可とう性を有する。
リボン素子３１ａ、３２ａ、３１ｂ、３２ｂ、３１ｃ、３２ｃと所定の間隔を隔てて対向するように、図６に示した共通電極１２が配置されている。共通電極１２に対して、各リボン素子は、平行あるいは所定の角度を保って配置されている。また、共通電極１２とある間隔を保ってリボン素子３１ａ、３２ａ、３１ｂ、３２ｂ、３１ｃ、３２ｃのくし型構造を支持するための支持部（不図示）が、リボン素子３１ａ、３２ａ、３１ｂ、３２ｂ、３１ｃ、３２ｃにおける長さｗ２の部分の両端に各々１箇所以上形成されている。
【００２６】
共通電極１２と可動リボン素子３１ａ、３１ｂ、３１ｃの間に駆動電圧を印加し、電位差を生じると静電気力により可動リボン素子３１ａ、３１ｂ、３１ｃが共通電極１２側にたわむ。そのたわみにより、可動リボン素子と固定リボン素子とが所定の距離離間され、反射型回折格子を形成し、回折光を発生する。このとき、固定リボン素子は共通電極と同じ電位に保たれている。発生された回折光は、図１に示された空間フィルタ２５で分離される。このように、ＧＬＶ素子２３は、光スイッチング素子として動作する。
空間フィルタ２５は、可動リボン素子と固定リボン素子とが所定の距離離間され、回折格子を形成する時に、たとえば、最も効率よく発生する１次回折光を損失せずに通過させ、０次光、２次光などの回折光は十分遮蔽し、最大のコントラストが得られるように設計されている。
【００２７】
図３は、本実施形態にかかる空間フィルタ２５の構成の一例を示す平面図である。
図３に示すように、空間フィルタ２５は、透過部４１、４２、４３と反射部４４を有している。
ＧＬＶ素子２３がＯＦＦ状態の場合、ＧＬＶ素子２３に照射された照明光束はＧＬＶ素子２３に反射されて、反射光が射出される。その反射光は、決められた方向で進行し、空間フィルタ２５の反射部４４で反射されて、スクリーン２７に到達しない。従って、スクリーン上に黒を表示し、画像表示の暗状態であると言う。
【００２８】
ＧＬＶ素子２３がＯＮ状態の場合、ＧＬＶ素子２３に照射された照明光束は回折されて、０次光及び±１次光などの回折光が射出される。回折作用により、０次光の強度はＧＬＶ素子２３がＯＦＦの場合の反射光より小さくなり、±１次回折光などの回折光の強度が高くなる。
各次の回折光は、式（１）に示しているように、照明光束の波長とＧＬＶ素子２３のピッチにより決定される角度方向に回折されて、０次光、及び±１次回折光などの回折光光束がそれぞれ異なる各方向に進行し、空間フィルタ２５の反射部４４、光透過部４１、４２に入射する。
【００２９】
さらに、図３に示すように、空間フィルタ２５において、０次光（反射光）を遮蔽する反射部４４の中央部には、小さな開口が設けられて、透過部４３が形成されている。
ＧＬＶ素子２３がＯＮ状態の場合、図４に示すように、ＧＬＶ素子２３に照射された照明光束が回折されて、０次光２８ｂと±１次光２８ａ、２８ｃなどの回折光が射出される。±１次光２８ａ、２８ｃは、空間フィルタ２５の透過部４１と４２を通過して、スクリーン２７に到達し、画面を生成する。
また、０次光２８ｂは、空間フィルタ２５の反射部４４に照射し、そのほとんどが反射されて、スクリーン２７に到達しないが、０次光２８ｂの一部が透過部４３を透過し、表示用光である±１次光と混合して、±１次光で結像された画面に照射される。
【００３０】
また、ＧＬＶ素子２３がＯＦＦ状態の場合は、図５に示すように、照射された照明光束はＧＬＶ素子２３に反射されて、反射光２８ｄが射出される。反射光２８ｄは、空間フィルタ２５の反射部４４に照射し、そのほとんどが反射されて、スクリーン２７に到達しないが、反射光の一部が透過部４３を透過し、スクリーン２７上の黒となるべき画面に照明する。
【００３１】
このように、普段は、画像表示に用いない反射光を、一定の微小量でスクリーン２７に照射する、或いは、普段、画像表示に用いない０次回折光（非表示用光）を、一定の微小量で±１次光からなる表示用光に含ませて、スクリーン２７に照射することによって、表示画面が全体的に少し明るくなり、表示画面の明るさ（暗さ）が均一化されて、縞状のノイズが観察しにくくなる。これによって、該縞状のノイズを実質的に抑えている。
【００３２】
図６は、ＧＬＶ素子２３において、リボン素子の高さの変動により表示画面上の暗状態の光強度の変動を計算した結果を示す図である。図６において、縦軸は規格化された光強度の相対値であり、横軸は計算点数であって、１画素は３８４点に対応している。従って、図６では、約２０画素の計算結果が示されている。図６は、図２に示されたＧＬＶ素子の構造条件を用いて、リボン素子の高さ変動の標準偏差が０．５ｎｍであると仮定して、図１０と同じ計算条件で、暗状態の表示画面上の各画素の光強度を計算した結果である。ただし、ここで、表示用光として、１次光強度の０．０４％の０次光（反射光）を混合した。
【００３３】
例えば、図１０において、画面明るさの標準偏差と画面明るさの平均値の比で表している画面の明るさ変動は約６０％であったが、図６においては、この比は２０％以下となり、図１０の結果の１／３程度に改善され、顕著な均一化効果が示されている。
【００３４】
表示用光に０次光（反射光）を混合すると、画面の明るさの標準偏差は殆ど変わらないが、画面が平均的に明るくなり、相対的な光強度の変動が小さくなる。これによって、画面の明るさの均一性が改善される。これは、暗状態において、ＧＬＶ素子の構造に多少のばらつきがあっても０次光（反射光）が均一に射出されるためであり、非常に有効である。
【００３５】
表示に利用する回折光に、他の表示に利用しない回折光、望ましくは０次光を混合した場合、画面の明るさは平均的には明るくなるので、コントラストが少し下がる。画面の明るさをどのレベルに設定するか、コントラストをどの程度まで下がっても受け入れられるかは、表示装置の応用に依存し、視聴者の個人差にも依存する。
例えば、明るい環境で使用する場合は、明るさの設定値を高く、暗い環境で使用する場合は、明るさの設定値は低くする方が望ましく、最終的には、必要な明るさ均一性とコントラストと両方受け入れられる程度になる条件で決定される。
【００３６】
所定量の０次光を抽出する方法としては、例えば、図３〜図５に示された空間フィルタ２５の透過部４３の大きさを調整して、所定の量の０次光を通過させる方法がある。また、所定の光透過率や反射率を有する光材料を用いて、所定量の０次光を選択しても良い。
画面明るさの設定値は調整可能にしても良い。この場合、例えば、透過部４３の大きさを調整する手段を付ける。または、液晶など可変な光透過率、又は、可変な反射率を有する光材料を用いて、何時でも希望の量の０次光を選択できるように装置を構成する。
【００３７】
前述したように、暗状態での明るさ不均一を改善するために、各画素の明るさが揃うように画素毎に異なる電圧印加する方法が考えられる。しかし、暗状態においてはリボン素子の微小のばらつきでも１次光が射出され、その強度は大きく変動する。そのため、このような制御には０．１Ｖ以下の高精度の電圧制御が不可欠であり、高分解能の駆動回路が必要になる。
本発明では、表示装置に用いる空間フィルタの寸法、及び、その通過領域の効率を調節することで極めて簡単に変更可能であり、実用上、大きな効果が得られる。
【００３８】
以上、本発明を好ましい実施の形態に基づき説明したが、本発明は以上に説明した実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の改変が可能である。
本発明に説明した画像表示装置は、一例であり、その構成の各種の変更が可能である。
また、本発明に説明した画像表示装置において、ＧＬＶの１画素は６本のリボン素子を含んでいるが、本発明はこれに限定されない。
【００３９】
【発明の効果】
本発明によれば、表示画面の明るさを均一化でき、また、表示画面の明るさを所定の値に設定できる。画像表示装置の用途により必要十分な明るさに極めて簡単に設定することができ、高分解能の駆動回路が不要になる、実用上、大きな効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態にかかる画像表示装置の構成の一例を示す図である。
【図２】本発明の実施形態にかかる画像表示装置において、光スイッチング素子の一部の構造を示す平面図である。
【図３】本発明の実施形態にかかる画像表示装置において、空間フィルタの構成の一例を示す図である。
【図４】本発明の実施形態にかかる画像表示装置において、空間フィルタを用いて、０次光を通過させ、１次光と混合して表示に用いる様子を示す図である。
【図５】本発明の実施形態にかかる画像表示装置の空間フィルタを用いて、反射光を通過させる様子を示す図である。
【図６】本発明の実施形態にかかる画像表示装置において、０次光を表示に用いる１次光に混合した場合に、表示画面上に暗状態の光強度の計算結果を示すグラフである。
【図７】本発明にかかる光スイッチング素子の構造の一部を模式的に示す斜視図である。
【図８】本発明にかかる光スイッチング素子の一部を模式的に示す断面図である。
【図９】本発明にかかる光スイッチング素子の一部を模式的に示す断面図である。
【図１０】従来の画像表示装置において、０次光を表示に用いる１次光に混合しない場合に、表示画面上における暗状態の光強度の変動の計算結果を示すグラフである。
【図１１】従来の画像表示装置において、０次光を表示に用いる１次光に混合しない場合に、表示画面上の暗状態の光強度の変動の測定結果を示す図である。
【符号の説明】
１…ＧＬＶ、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１１ａ、１１ｂ、１１ｃ…リボン素子、１２…共通電極、２１…光源、２２…照明光学系、２３…ＧＬＶ素子、２４…レンズ、２５…空間フィルタ、２６…スキャンミラー、２７…スクリーン、２８ａ、２８ｂ、２８ｃ…回折光、２８ｄ…反射光、３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３２ａ、３２ｂ、３２ｃ…リボン素子、４１、４２、４３…透過部、４４…反射部、ｗ２…リボン素子の長さ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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