JP2007171613A - Optical device, variable filter device, projection display device and shutter device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光学デバイス、この光学デバイスを用いた可変フィルタ装置、この可変フィルタ装置を用いた投射型表示装置、並びに、前記光学デバイスを用いたシャッタ装置に関するものである。 The present invention relates to an optical device, a variable filter device using the optical device, a projection display device using the variable filter device, and a shutter device using the optical device.
現在、小型化及び動作の高速化を図るために、マクロの機械的な機構を用いた光学手段の代わりに、液晶による光学デバイスが広く用いられている。 At present, optical devices using liquid crystals are widely used in place of optical means using a macro mechanical mechanism in order to reduce the size and increase the operation speed.
例えば、光の通過をオン・オフするシャッタとして、メカニカルシャッタに代えて、液晶シャッタが用いられている。 For example, a liquid crystal shutter is used in place of a mechanical shutter as a shutter that turns on and off the passage of light.
また、例えば、下記特許文献1では、投射型表示装置(プロジェクタ)において、マクロの機械的な機構を用いた可変フィルタ装置の代わりに、液晶による可変フィルタ装置を用いる点が開示されている。前者の可変フィルタ装置は、特許文献1の図4に開示されており、赤色、緑色及び青色のカラーフィルタを扇状に順次配した円盤型カラーフィルタと、この円盤型カラーフィルタを回転させるモータとから構成されている。後者の可変フィルタ装置は、特許文献1の図2に開示されており、赤色、緑色及び青色のカラーフィルタが配された液晶シャッタ(特許文献1では、「カラーシャッタ」と呼ばれている。)と、赤色、緑色及び青色のうちの切替信号に応じて選択された色の光が選択的に通過するように液晶シャッタを制御する制御部とから構成されている。
前述したように、液晶デバイス並びにこれを用いたシャッタ装置や可変フィルタ装置は、マクロの機械的な機構を用いた光学手段に比べて、小型化及び動作の高速化の点で大変優れている。 As described above, the liquid crystal device and the shutter device and variable filter device using the liquid crystal device are very excellent in terms of miniaturization and high-speed operation compared to the optical means using the macro mechanical mechanism.
しかしながら、これらのデバイスや装置では、液晶を用いるが故に、本質的に光の利用効率が低下していた。すなわち、液晶は、一方の偏光光を除去し、透過又は反射される他方の偏光光を利用するものであるため、光源の光量の半分は無駄にされる。このため、暗い光になるばかりではなく、無駄な消費電力も生じてしまう。 However, in these devices and apparatuses, since liquid crystals are used, the light use efficiency is essentially reduced. That is, the liquid crystal removes one polarized light and uses the other polarized light that is transmitted or reflected, so that half of the light amount of the light source is wasted. For this reason, not only does it become dark light, but wasteful power consumption also occurs.
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、マクロの機械的な機構を用いた手段に比べて小型化及び動作の高速化を図ることができ、しかも、光の利用効率を高めることができる、光学デバイス並びにこれを用いた可変フィルタ装置、投射型表示装置及びシャッタ装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and can achieve a reduction in size and speed of operation as compared with a means using a macro mechanical mechanism, and also enhances the light utilization efficiency. It is an object to provide an optical device and a variable filter device, a projection display device, and a shutter device using the optical device.
前記課題を解決するため、本発明の第1の態様による光学デバイスは、(i)基板に対して角度に関する姿勢が変化し得る可動部を有するマイクロアクチュエータを複数有し、当該複数のマイクロアクチュエータの前記可動部が前記基板の一方の面側に1次元状又は2次元状に配置されたマイクロアクチュエータアレーと、(ii)前記各マイクロアクチュエータの前記可動部に設けられ波長選択特性を持つ透過型又は反射型の光学フィルタであって、当該光学フィルタに対する入射光の入射角度に応じて前記波長選択特性が変化する光学フィルタと、を備えたものである。 In order to solve the above problems, an optical device according to a first aspect of the present invention includes: (i) a plurality of microactuators having a movable portion that can change an attitude with respect to an angle with respect to a substrate; A microactuator array in which the movable portion is arranged one-dimensionally or two-dimensionally on one surface side of the substrate; and (ii) a transmission type having wavelength selection characteristics provided in the movable portion of each microactuator. A reflection-type optical filter, wherein the wavelength selection characteristic changes according to an incident angle of incident light with respect to the optical filter.
本発明の第2の態様による光学デバイスは、前記第1の態様において、前記光学デバイスの前記各光学フィルタは、前記波長選択特性として1つ以上の通過波長帯を持つバンドパス特性を有するものである。 An optical device according to a second aspect of the present invention is the optical device according to the first aspect, wherein each of the optical filters of the optical device has a bandpass characteristic having one or more pass wavelength bands as the wavelength selection characteristic. is there.
本発明の第3の態様による光学デバイスは、前記第1又は第2の態様において、前記光学デバイスの前記各光学フィルタは、当該光学フィルタに対する入射光の入射角度が同じである場合において互いに実質的に同一の波長選択特性を有するものである。 The optical device according to a third aspect of the present invention is the optical device according to the first or second aspect, wherein the optical filters of the optical device are substantially different from each other when incident angles of incident light with respect to the optical filter are the same. Have the same wavelength selection characteristics.
本発明の第4の態様による光学デバイスは、前記第1乃至第3のいずれかの態様において、前記複数のマイクロアクチュエータに対して共通して駆動信号が供給されるように配線されたものである。 An optical device according to a fourth aspect of the present invention is the optical device according to any one of the first to third aspects, wired so that a drive signal is commonly supplied to the plurality of microactuators. .
本発明の第5の態様による光学デバイスは、前記第1乃至第4のいずれかの態様において、前記複数のマイクロアクチュエータのうちの少なくとも1つのマイクロアクチュエータの前記可動部は、トーションヒンジにより前記基板に対して所定の回転軸回りに回転可能に支持された回転部を含むものである。 The optical device according to a fifth aspect of the present invention is the optical device according to any one of the first to fourth aspects, wherein the movable part of at least one of the plurality of microactuators is attached to the substrate by a torsion hinge. On the other hand, it includes a rotating portion supported so as to be rotatable around a predetermined rotation axis.
本発明の第6の態様による光学デバイスは、前記第5の態様において、前記少なくとも1つのマイクロアクチュエータは、前記回転部に一方の回転方向への第1の駆動力を付与し得る第1の駆動力付与部と、前記回転部に他方の回転方向への第2の駆動力を付与し得る第2の駆動力付与部とを有するものである。 The optical device according to a sixth aspect of the present invention is the optical device according to the fifth aspect, wherein the at least one microactuator can apply a first driving force in one rotational direction to the rotating portion. A force applying unit, and a second driving force applying unit capable of applying a second driving force in the other rotation direction to the rotating unit.
本発明の第7の態様による光学デバイスは、前記第6の態様において、前記少なくとも1つのマイクロアクチュエータに関して、前記回転部が前記第1の駆動力により前記一方の回転方向へ回転し前記回転部が前記基板側の第1の被当接部に当接して保持されたときの前記基板の前記一方の面に対する前記回転部の角度と、前記回転部が前記第2の駆動力により前記他方の回転方向へ回転し前記回転部が前記基板側の第2の被当接部に当接して保持されたときの前記基板の前記一方の面に対する前記回転部の角度とが互いに異なるように、設定されたものである。 The optical device according to a seventh aspect of the present invention is the optical device according to the sixth aspect, wherein the rotating unit is rotated in the one rotation direction by the first driving force with respect to the at least one microactuator. The angle of the rotating part relative to the one surface of the substrate when held in contact with the first contacted part on the substrate side, and the rotating part rotates the other by the second driving force The angle of the rotating portion with respect to the one surface of the substrate when the rotating portion rotates in the direction and is held in contact with the second contacted portion on the substrate side is set to be different from each other. It is a thing.
本発明の第8の態様による光学デバイスは、前記第1乃至第4のいずれかの態様において、前記複数のマイクロアクチュエータのうちの少なくとも1つのマイクロアクチュエータの前記可動部は片持ち梁構造を持ち、当該可動部は所定の姿勢に復帰しようとする復帰力が生ずるように設けられ、当該可動部は前記復帰力に抗した駆動力を生じ得る駆動力発生部を有するものである。 The optical device according to an eighth aspect of the present invention is the optical device according to any one of the first to fourth aspects, wherein the movable part of at least one of the plurality of microactuators has a cantilever structure. The movable portion is provided so as to generate a return force for returning to a predetermined posture, and the movable portion includes a drive force generating portion capable of generating a drive force against the return force.
本発明の第9の態様による光学デバイスは、前記第8の態様において、前記駆動力発生部は、磁界内に配置されて通電によりローレンツ力を生ずる電流経路であるものである。 The optical device according to a ninth aspect of the present invention is the optical device according to the eighth aspect, wherein the driving force generator is a current path that is arranged in a magnetic field and generates a Lorentz force by energization.
本発明の第10の態様による可変フィルタ装置は、入射光を受けて、前記入射光のうちの所定波長領域内の可変に選択される一部の波長帯の光を、前記所定波長領域内に関して選択的に通過させる可変フィルタ装置であって、前記第1乃至第9のいずれかの態様による光学デバイスと、選択信号に応じて前記光学デバイスを制御する制御部と、を備え、前記光学デバイスの前記各光学フィルタは、前記入射光の各部分光束をそれぞれ受け、前記制御部は、前記入射光の各部分光束が前記光学デバイスの前記各光学フィルタを透過又は反射した後の各光のいずれもが、前記選択信号に応じた波長成分であって互いに実質的に同じ波長成分の光となるように、前記各マイクロアクチュエータの前記可動部の姿勢を制御するものである。 A variable filter device according to a tenth aspect of the present invention receives incident light, and transmits light in a part of the incident light that is variably selected in a predetermined wavelength region within the predetermined wavelength region. A variable filter device that selectively passes, comprising: an optical device according to any one of the first to ninth aspects; and a control unit that controls the optical device in accordance with a selection signal; Each of the optical filters receives each of the partial light beams of the incident light, and the control unit includes any of the light after the partial light beams of the incident light are transmitted or reflected by the optical filters of the optical device. However, the posture of the movable portion of each microactuator is controlled so that the light components have wavelength components corresponding to the selection signal and substantially the same wavelength components.
本発明の第11の態様による可変フィルタ装置は、前記第10の態様において、前記所定波長領域が可視領域であるものである。 The variable filter device according to an eleventh aspect of the present invention is the variable filter apparatus according to the tenth aspect, wherein the predetermined wavelength region is a visible region.
本発明の第12の態様による可変フィルタ装置は、前記第10又は第11の態様において、前記入射光の前記所定波長領域内の光は、離散的な複数の波長帯の光からなり、前記光学デバイスの前記各光学フィルタは、前記波長選択特性として離散的な複数の通過波長帯を持つバンドパス特性を有し、前記光学デバイスの前記各光学フィルタに関して、当該光学フィルタの前記複数の通過波長帯のうちのいずれか1つの通過波長帯が前記入射光の前記複数の波長帯のうちのいずれか1つの波長帯と重なるときに、当該光学フィルタの他の通過波長帯が前記入射光の他の波長帯と実質的に重ならないように、当該光学フィルタの前記複数の通過波長帯が設定されたものである。 In the tunable filter device according to a twelfth aspect of the present invention, in the tenth or eleventh aspect, the light in the predetermined wavelength region of the incident light is composed of light in a plurality of discrete wavelength bands, and the optical Each optical filter of the device has a bandpass characteristic having a plurality of discrete pass wavelength bands as the wavelength selection characteristic, and for each optical filter of the optical device, the plurality of pass wavelength bands of the optical filter Any one of the plurality of wavelength bands of the incident light overlaps any one of the plurality of wavelength bands of the incident light. The plurality of pass wavelength bands of the optical filter are set so as not to substantially overlap with the wavelength band.
本発明の第13の態様による可変フィルタ装置は、前記第12の態様において、前記入射光を構成する前記離散的な複数の波長帯の光は、赤色の波長帯の光、緑色の波長帯の光及び青色の波長帯の光であるものである。 The variable filter device according to a thirteenth aspect of the present invention is the variable filter device according to the twelfth aspect, wherein the light of the plurality of discrete wavelength bands constituting the incident light is light of a red wavelength band, light of a green wavelength band. Light and light in the blue wavelength band.
本発明の第14の態様による可変フィルタ装置は、前記第10又は第11の態様において、前記入射光は、前記所定波長領域内において連続的なスペクトルを有し、前記光学デバイスの前記各光学フィルタは、前記波長選択特性として前記所定波長領域より帯域幅の狭い単一の通過波長帯を持つバンドパス特性を有し、前記光学デバイスの前記各光学フィルタに関して、当該光学フィルタの前記通過波長帯が前記所定波長領域と重なるように、当該光学フィルタの前記通過波長帯が設定されたものである。 The variable filter device according to a fourteenth aspect of the present invention is the variable filter device according to the tenth or eleventh aspect, wherein the incident light has a continuous spectrum within the predetermined wavelength region, and the optical filters of the optical device. Has a band pass characteristic having a single pass wavelength band having a narrower bandwidth than the predetermined wavelength region as the wavelength selection characteristic, and for each optical filter of the optical device, the pass wavelength band of the optical filter is The pass wavelength band of the optical filter is set so as to overlap the predetermined wavelength region.
本発明の第15の態様による可変フィルタ装置は、前記第10乃至第14のいずれかの態様において、前記光学デバイスの前記各光学フィルタは透過型の光学フィルタであり、前記基板は、前記入射光のうちの前記所定波長領域内の前記可変に選択される一部の波長帯の光に対して透明であり、前記入射光のうちの前記所定波長領域内の前記可変に選択される一部の波長帯の光が前記基板を透過した後に前記光学デバイスの前記各光学フィルタに入射するか、あるいは、前記入射光のうちの前記所定波長領域内の前記可変に選択される一部の波長帯の光が前記各光学フィルタを透過した後に前記基板を透過するものである。 In the variable filter device according to a fifteenth aspect of the present invention, in any one of the tenth to fourteenth aspects, each optical filter of the optical device is a transmissive optical filter, and the substrate is the incident light. Transparent to the light in the part of the wavelength range variably selected in the predetermined wavelength region, and part of the variable light in the predetermined wavelength region of the incident light. After the light in the wavelength band passes through the substrate, it enters the optical filter of the optical device, or the wavelength band of the variably selected part of the incident light in the predetermined wavelength region. The light passes through the substrate after passing through the optical filters.
本発明の第16の態様による可変フィルタ装置は、前記第15の態様において、前記入射光のうちの前記所定波長領域内の前記可変に選択される一部の波長帯の光が前記基板を透過した後に前記光学デバイスの前記各光学フィルタに入射し、前記基板における前記入射光の入射側に、前記入射光の部分光束を前記各光学フィルタに集光するマイクロレンズが形成されたものである。 The variable filter device according to a sixteenth aspect of the present invention is the variable filter device according to the fifteenth aspect, wherein a part of the variably selected light in the predetermined wavelength region of the incident light is transmitted through the substrate. After that, a microlens that enters each optical filter of the optical device and collects a partial light flux of the incident light on the optical filter is formed on the incident light incident side of the substrate.
本発明の第17の態様による投射型表示装置は、赤色の波長帯の光、緑色の波長帯の光及び青色の波長帯の光を含む入射光を受けて、前記赤色の波長帯の光、緑色の波長帯の光及び青色の波長帯の光を順次循環的に選択的に通過させる可変フィルタ装置と、前記可変フィルタ装置からの各色の波長帯の光を順次受けて、当該色の波長帯の光をそれに同期した色成分の画像信号によって変調する空間光変調部と、前記空間光変調部により得られる変調光を投射する投射光学系と、を備え、前記可変フィルタ装置として、請求項10乃至16のいずれかに記載の可変フィルタ装置が用いられたものである。 A projection display device according to a seventeenth aspect of the present invention receives incident light including light in a red wavelength band, light in a green wavelength band, and light in a blue wavelength band, and receives light in the red wavelength band, A variable filter device that sequentially and selectively passes light in a green wavelength band and light in a blue wavelength band, and sequentially receives light in each color wavelength band from the variable filter device; And a projection optical system that projects the modulated light obtained by the spatial light modulation unit, wherein the variable filter device is used as the variable filter device. The variable filter device according to any one of 1 to 16 is used.
本発明の第18の態様によるシャッタ装置は、入射光を受けて、前記入射光のうちの所定波長領域内の少なくとも一部の波長帯の光を通過させる第1の状態と、前記入射光のうちの前記所定波長領域内の光を実質的に通過させない第2の状態とを切り替え得るシャッタ装置であって、前記第1乃至第9のいずれの態様による光学デバイスと、切替信号に応じて前記光学デバイスを制御する制御部と、を備え、前記光学デバイスの前記各光学フィルタは、前記入射光の各部分光束をそれぞれ受け、前記制御部は、前記切替信号が前記第1の状態を示す場合には、前記入射光の各部分光束が前記光学デバイスの前記各光学フィルタを透過又は反射した後の各光のいずれもが、前記少なくとも一部の波長帯の光となるように、前記各マイクロアクチュエータの前記可動部の姿勢を制御するとともに、前記切替信号が前記第2の状態を示す場合には、前記光学デバイスの前記各光学フィルタの通過波長帯が前記入射光のいずれの波長帯とも実質的に重ならないように、前記各マイクロアクチュエータの前記可動部の姿勢を制御するものである。 A shutter device according to an eighteenth aspect of the present invention is configured to receive incident light and to pass light of at least a part of a wavelength band within a predetermined wavelength region of the incident light, and the incident light A shutter device capable of switching between a second state in which light within the predetermined wavelength region is not substantially passed, wherein the optical device according to any one of the first to ninth aspects and the switching device according to the switching signal A control unit that controls the optical device, wherein each optical filter of the optical device receives each partial light beam of the incident light, and the control unit displays the first state when the switching signal indicates the first state Each of the micro-beams so that each of the light beams after the partial light beams of the incident light are transmitted or reflected by the optical filters of the optical device become light in the at least some wavelength bands. Acti When the attitude of the movable part of the eta is controlled and the switching signal indicates the second state, the passing wavelength band of each optical filter of the optical device is substantially the same as any wavelength band of the incident light. The posture of the movable part of each microactuator is controlled so as not to overlap.
本発明の第19の態様によるシャッタ装置は、前記第18の態様において、前記所定波長領域が可視領域であるものである。 A shutter device according to a nineteenth aspect of the present invention is the shutter device according to the eighteenth aspect, wherein the predetermined wavelength region is a visible region.
本発明の第20の態様によるシャッタ装置は、前記第18又は第19の態様において、前記入射光のうちの前記所定波長領域内の光は、離散的な複数の波長帯の光からなり、前記光学デバイスの前記各光学フィルタは、前記波長選択特性として離散的な複数の通過波長帯を持つバンドパス特性を有し、前記光学デバイスの前記各光学フィルタに関して、前記第1の状態で前記入射光の前記複数の波長帯の光が当該光学フィルタの前記複数の通過波長帯とそれぞれ重なるように、当該光学フィルタの前記複数の通過波長帯が設定されたものである。 The shutter device according to a twentieth aspect of the present invention is the shutter device according to the eighteenth or nineteenth aspect, wherein the light in the predetermined wavelength region of the incident light comprises light of a plurality of discrete wavelength bands, Each optical filter of the optical device has a bandpass characteristic having a plurality of discrete pass wavelength bands as the wavelength selection characteristic, and the incident light in the first state with respect to each optical filter of the optical device. The plurality of pass wavelength bands of the optical filter are set so that the light of the plurality of wavelength bands respectively overlaps the plurality of pass wavelength bands of the optical filter.
本発明の第21の態様によるシャッタ装置は、前記第20の態様において、前記入射光を構成する前記離散的な複数の波長帯の光は、赤色の波長帯の光、緑色の波長帯の光及び青色の波長帯の光であるものである。 The shutter device according to a twenty-first aspect of the present invention is the shutter device according to the twentieth aspect, wherein the light of the plurality of discrete wavelength bands constituting the incident light is light of a red wavelength band, light of a green wavelength band. And light in the blue wavelength band.
本発明の第22の態様によるシャッタ装置は、前記第18乃至第21のいずれかの態様において、前記光学デバイスの前記各光学フィルタは透過型の光学フィルタであり、前記基板は、前記入射光のうちの前記所定波長領域内の前記少なくとも一部の波長帯の光に対して透明であり、前記入射光のうちの前記所定波長領域内の前記少なくとも一部の波長帯の光が前記基板を透過した後に前記光学デバイスの前記各光学フィルタに入射するか、あるいは、前記入射光のうちの前記所定波長領域内の前記少なくとも一部の波長帯の光が前記各光学フィルタを透過した後に前記基板を透過するものである。 The shutter device according to a twenty-second aspect of the present invention is the shutter device according to any one of the eighteenth to twenty-first aspects, wherein each of the optical filters of the optical device is a transmissive optical filter, and the substrate is configured to transmit the incident light. The transparent light is transparent to the light of the at least part of the wavelength band within the predetermined wavelength region, and the light of the at least part of the wavelength band of the incident light within the predetermined wavelength region is transmitted through the substrate. After the incident on each optical filter of the optical device, or after the light of the at least a part of the wavelength band in the predetermined wavelength region of the incident light is transmitted through the optical filter, the substrate It is transparent.
本発明の第23の態様によるシャッタ装置は、前記第22の態様において、前記入射光のうちの前記少なくとも一部の波長帯の光が前記基板を透過した後に前記光学デバイスの前記各光学フィルタに入射し、前記基板における前記入射光の入射側に、前記入射光の部分光束を前記光学フィルタに集光するマイクロレンズが形成されたものである。 The shutter device according to a twenty-third aspect of the present invention is the shutter device according to the twenty-second aspect, wherein the light in the at least part of the incident light passes through the substrate and then passes through the substrate. A microlens is formed on the incident side of the incident light on the substrate to collect the partial light flux of the incident light on the optical filter.
本発明によれば、マクロの機械的な機構を用いた手段に比べて小型化及び動作の高速化を図ることができ、しかも、光の利用効率を高めることができる、光学デバイス並びにこれを用いた可変フィルタ装置、投射型表示装置及びシャッタ装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to reduce the size and increase the operation speed as compared with the means using a macro mechanical mechanism, and to improve the light utilization efficiency, and to use the optical device. A variable filter device, a projection display device, and a shutter device can be provided.
以下、本発明による光学デバイス、可変フィルタ装置、投射型表示装置及びシャッタ装置について、図面を参照して説明する。 Hereinafter, an optical device, a variable filter device, a projection display device, and a shutter device according to the present invention will be described with reference to the drawings.
[第1の実施の形態] [First Embodiment]
図1は、本発明の第1の実施の形態による投射型表示装置(プロジェクタ)を示す概略構成図である。説明の便宜上、図1に示すように、互いに直交するX軸、Y軸及びZ軸を定義する(後述する図についても同様である。)。また、Z軸方向のうち矢印の向きを+Z方向又は+Z側、その反対の向きを−Z方向又は−Z側と呼び、X軸方向及びY軸方向についても同様とする。Z軸がこの投射型表示装置の光軸と平行となっている。 FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a projection display device (projector) according to a first embodiment of the present invention. For convenience of explanation, as shown in FIG. 1, an X axis, a Y axis, and a Z axis that are orthogonal to each other are defined (the same applies to the drawings described later). The direction of the arrow in the Z-axis direction is called the + Z direction or + Z side, and the opposite direction is called the -Z direction or -Z side, and the same applies to the X-axis direction and the Y-axis direction. The Z axis is parallel to the optical axis of the projection display device.
本実施の形態による投射型表示装置は、図1に示すように、光源1と、光学デバイス2及びこれを制御するデバイス制御回路3を有する可変フィルタ装置4と、空間光変調器5と、画像信号制御回路6と、表示画像をスクリーン8に照射する投射光学系としての投射レンズ7とを備えている。なお、本実施の形態では、空間光変調器5として、透過型の変調器が用いられているが、反射型の変調器を用いてもよい。また、本実施の形態では、空間光変調器5として液晶パネルが用いられているが、他の空間光変調器を用いてもよい。
As shown in FIG. 1, the projection display apparatus according to the present embodiment includes a light source 1, an
本実施の形態では、光源1は、離散的な複数の波長帯の光として、赤色の波長帯の光(R光)、緑色の波長帯の光(G光)及び青色の波長帯の光(B光)からなる光を発する。光源1として、具体的には、例えば、R、G、Bの三つのLEDがセットになったLEDが用いられ、光源1から出射される光の3つの波長帯ΔλR,ΔλG,ΔλBは、470nm付近、、550nm付近及び650nm付近のそれぞれの比較的狭い波長帯となっている。また、光源1として、例えば、可視領域内において連続的なスペクトルの光を発するハロゲンランプ等と、その光を濾波して離散的なR光、G光及びB光を得る透過型又は反射型の3バンド光学フィルタとを、組み合わせたものを用いてもよい。 In the present embodiment, the light source 1 includes light in a red wavelength band (R light), light in a green wavelength band (G light), and light in a blue wavelength band (R light) as light in a plurality of discrete wavelength bands. B light). Specifically, for example, an LED in which three LEDs of R, G, and B are used as a set is used as the light source 1, and the three wavelength bands ΔλR, ΔλG, and ΔλB of the light emitted from the light source 1 are 470 nm. There are relatively narrow wavelength bands near, 550 nm, and 650 nm. Further, as the light source 1, for example, a halogen lamp that emits light having a continuous spectrum in the visible region, and a transmission type or a reflection type that obtains discrete R light, G light, and B light by filtering the light. A combination of a three-band optical filter may be used.
本実施の形態では、光源1からの光は、平行光束として光学デバイス2に入射するようになっている。必要に応じて、コリメータレンズ等を用いて光源1からの光を平行光束にしてもよい。また、光学デバイス2へ入射させる光は必ずしも、平行光束でなくてもよい。
In the present embodiment, the light from the light source 1 enters the
画像信号制御回路6は、入力される画像信号を処理して、色選択信号としてR光選択信号、G光選択信号及びB光選択信号を順次循環的に可変フィルタ装置4のデバイス制御回路3に供給する一方、各色の選択信号に同期して当該色成分の画像信号を空間光変調器5に供給する。デバイス制御回路3が画像信号制御回路6からの色選択信号に応じて光学デバイス2を制御することで、可変フィルタ装置4の光学デバイス2は、光源1からの光のうち、色選択信号が示す色の光を選択的に通過(本実施の形態では、透過)させて、空間光変調器5に入射させる。したがって、可変フィルタ装置4は、画像信号制御回路6による制御下で、R光、G光及びB光を順次循環的に選択的に通過させる。可変フィルタ装置4は、例えば、R光を通過させている際には、G光及びB光は通過させない。空間光変調器5は、可変フィルタ装置4の光学デバイス2から受けた色光を、画像信号制御回路6からの対応する色成分の画像信号によって変調して、当該色の画像光(変調光)を生成する。したがって、空間光変調器5は、可変フィルタ装置4からのR光、G光及びB光を順次受けて、当該色光をそれに同期した色成分の画像信号によって変調して、当該色の画像光を生成する。
The image signal control circuit 6 processes the input image signal, and sequentially circulates the R light selection signal, the G light selection signal, and the B light selection signal as color selection signals to the
このようにして、空間光変調器5からは、順次循環的にR光、G光及びB光の各画像光が送出され、これが投射レンズ7によりスクリーン8上に投射される。したがって、R光、G光及びB光の切り替えを比較的高速に行うことで、視聴者にはフルカラー画像として観察される。
In this manner, the R, G, and B image lights are sequentially and cyclically sent from the spatial
図2は、図1中の光学デバイス2を模式的に示す概略平面図である。なお、図2は大幅に簡略化して示しており、基板11、回転板12及び光学フィルタ13のみしか示していない。図3は、図2中の隣り合う2つの単位素子10を模式的に示す概略平面図である。図4は、図3中のA−A’線に沿った概略断面図である。図5は、図3中のB−B’線に沿った概略断面図である。なお、図2及び図3において、光学フィルタ13には、ハッチングを付している。
FIG. 2 is a schematic plan view schematically showing the
本実施の形態では、光学デバイス2は、前述したR光、G光及びB光を含む可視領域の光に対して透明であるパイレックス(登録商標)ガラス基板やサファイヤ基板等の基板11と、該基板11上に2次元状に配置された4×4個の素子10とを備えている。勿論、素子10の数はこれに限定されるものではない。基板11の+Z側の面は、XY平面と平行となっている。
In the present embodiment, the
各素子10は、基板11に対して角度に関する姿勢が変化し得る可動部としての回転板12と、回転板12に設けられ波長選択特性を持つ透過型の光学フィルタ13であって当該光学フィルタ13に対する入射光の入射角度に応じて前記波長選択特性が変化する光学フィルタ13と、を有している。各素子10の光学フィルタ13は、光源1からの入射光の部分光束をそれぞれ受ける。
Each
回転板12は、SiN(SiNx)膜21によって矩形の平板状に構成され、その周囲には剛性を高めるための段差12aが形成されている。なお、SiN膜は、可視領域の光に対して透明である。回転板12の+Y側の一辺の中央部及び−Y側の一辺の中央部が、基板11から立ち上がるポスト14にトーションヒンジ15を介して支持され、回転板12は、トーションヒンジ15によってY軸と平行な回転軸回りに回転可能に支持されている。回転板12が回転すると、回転板12のXY平面に対する傾斜角度(すなわち、基板11の+Z側の面に対する傾斜角度)θが変化する。回転板12に後述する静電力が付与されていない場合には、トーションヒンジ15の復帰力によって、回転板12がXY平面と平行となる姿勢に復帰するようになっている。回転板12を構成するSiN膜21は、そのままトーションヒンジ15及びポスト14に延在している。
The rotating
回転板12上にはITO膜22からなる可動電極16が形成され、更に可動電極16上に光学フィルタ13が形成されている。ITO膜22は可視領域の光に対して透明である。光学フィルタ13は、図3に示すように、回転板12の周囲の段差12a付近を除く回転板12の平面部の大部分の領域に形成されている。可動電極16も回転板12の同様の領域に形成されている。可動電極16を構成するITO膜22は、図5に示すように、可動電極16の配線の一部として、トーションヒンジ及びポスト14にも延在しており、ポスト14においてSiN膜21に形成したコンタクトホールを介してITO膜からなる基板11上の配線17に接続されている。配線17によって、全ての素子10の可動電極16が電気的に共通に接続されている。なお、本実施の形態では、2つのポスト14においてそれぞれ2本の配線17に接続されているが、可動電極16は一本の配線17に接続するだけでもよい。トーションヒンジ15及びポスト14は、回転板12から延在するSiN膜21及び可動電極16から延在するITO膜22によって構成されている。
A
本実施の形態では、光学フィルタ13は、誘電体多層膜(例えば、SiO2層とNb2O5層との交互層を多数積層した構成の誘電体多層膜)により、後述する波長選択特性を持つように構成されている。誘電体多層膜に対する入射光の入射角度が変化すると、その入射角度に応じて各層の実効的な厚さが変化するため、その入射角度に応じて波長選択特性が変化する。例えば、誘電体多層膜が透過特性に関する波長選択特性としてバンドパス特性を有している場合、誘電体多層膜の法線方向に対する入射光の傾きが大きくなるほど、透過波長帯は短波長側へシフトしていく。光学フィルタ13の波長選択特性については、後に詳述する。なお、光学フィルタ13は、誘電体多層膜に限定されるものではなく、例えば、フォトニック結晶により構成してもよい。
In this embodiment, the
基板11上には、可動電極16の−X側の領域に対向するITO膜22からなる第1の固定電極18aと、可動電極16の+X側の領域に対向するITO膜22からなる第2の固定電極18bとが、形成されている。第1の固定電極18aはそれを構成するITO膜22がそのまま延びることによって構成された配線19aに接続され、第2の固定電極18bはそれを構成するITO膜22がそのまま延びることによって構成された配線19bに接続されている。配線19aによって全ての素子10の第1の固定電極18aが電気的に共通に接続され、配線19bによって全ての素子10の第2の固定電極18bが電気的に共通に接続されている。
On the
配線17,19a,19b及び固定電極18a,18bは、可視領域の光に対して透明であるSiN膜又はSiO2膜からなる絶縁膜20で覆われている。
The
素子10は、前述したように可動電極16並びに第1及び第2の固定電極18a,18bを有しているので、可動電極16と第1の固定電極18aとの間に電圧を印加すると、両者の間に駆動力としての静電力が作用し、回転板12は、2つのトーションヒンジ15を結ぶY軸と平行な回転軸回りに、可動電極16の−X側の領域が基板11側へ近づく回転方向へ回転する。そして、回転板12は、基板11上に可動電極16の−X側の領域と対向する位置に設けられた被当接部としてのSiN膜等からなるストッパ31aに当接し、その状態で保持される。この状態において、回転板12の傾斜角度(XY平面に対する傾斜角度)θが所定の第1の傾斜角度θ1となるように、ストッパ31aの高さが設定されている。この第1の傾斜角度θ1については、後に詳述するが、例えば、光学フィルタ13がR光を選択的に透過させる傾斜角度である。
Since the
同様に、可動電極16と第2の固定電極18bとの間に電圧を印加すると、両者の間に、両者の間に駆動力としての静電力が作用し、回転板12は、2つのトーションヒンジ15を結ぶY軸と平行な回転軸回りに、可動電極16の+X側の領域が基板11側へ近づく回転方向へ回転する。そして、回転板12は、基板11上に可動電極16の+X側の領域と対向する位置に設けられた被当接部としてのSiN膜等からなるストッパ31bに当接し、その状態で保持される。この状態において、回転板12の傾斜角度θが所定の第2の傾斜角度θ2となるように、ストッパ31bの高さが設定されている。この第2の傾斜角度θ2は、前記第1の傾斜角度とは異なる角度となっており、θ2<θ1となっている。本実施の形態では、第1及び第2の傾斜角度θ1,θ2を異ならせるために、ストッパ31aの高さとストッパ31bの高さとを異ならせている。この第2の傾斜角度θ2についても、後に詳述するが、例えば、光学フィルタ13がG光を選択的に透過させる傾斜角度である。なお、基板11上に必ずしもストッパ31a,31bを設ける必要はなく、例えば、ストッパ31aを設けずに、可動電極16と第1の固定電極18aとの間に電圧を印加した場合に、可動電極16の−X側の端部が基板11上の絶縁膜20に当接して、その状態で保持されるようにしてもよい。
Similarly, when a voltage is applied between the
そして、可動電極16と第1の固定電極18aとの間にも可動電極16と第2の固定電極18bとの間にも電圧が印加されていない場合には、トーションヒンジ15の復帰力によって、回転板12がXY平面と平行となる姿勢、すなわち、回転板12の傾斜角度θが0度に復帰する。後に詳述するが、傾斜角度θが0度の場合には、例えば、光学フィルタ13がB光を選択的に透過させるように設定される。
When no voltage is applied between the
本実施の形態では、光学デバイス2は透過型として構成され、かつ、基板11側(すなわち、−Z側)を光入射側としている。前述したように、基板11、絶縁膜20、固定電極18a,18b、回転板12、可動電極16等は可視領域の光に対して透明であるので、光源1からのR光、G光及びB光が遮られることはない。
In the present embodiment, the
そして、本実施の形態では、基板11の光入射側に、オンチップで、各素子10の光学フィルタ13に対して対応して、入射光を当該光学フィルタ13に集光するマイクロレンズ11aが形成されている。本実施の形態では、マイクロレンズ11aは、基板11を加工することで基板11と一体に同じ材料で形成されているが、基板11とは別の材料で形成してもよい。本実施の形態では、このマイクロレンズ11aを採用することで、マイクロレンズ11aがなければ光学フィルタ13間に入射してしまって光学フィルタ13に入射し得ないような光も有効に利用することができ、これにより、光の利用効率をより高めることができる。なお、マイクロレンズ11aとして集光率が良いレンズを用いるなら、配線や電極が配置される部分を光路から避けることも可能である。このような場合には、必ずしも透明電極物質を用いて配線や電極を構成する必要はない。
In the present embodiment, on the light incident side of the
もっとも、マイクロレンズ11aは必ずしも形成する必要はなく、この場合には、必要に応じて、光学フィルタ13に入射しない光は図示しない遮光部で遮光すればよい。このようにマイクロレンズ11aを形成しない場合、本実施の形態とは逆に、光学フィルタ13側(すなわち、+Z側)を光入射側としてもよい。ただし、光学フィルタ13側を光入射側とする場合、光学デバイス2とは別に構成したマイクロレンズアレイを光学フィルタ13の+Z側に配置して、光の利用効率を高めるようにしてもよい。
However, it is not always necessary to form the
本実施の形態では、前述したように、全ての素子10の可動電極16が電気的に共通に接続され、全ての素子10の第1の固定電極18aが電気的に共通に接続され、全ての素子10の第2の固定電極18bが電気的に共通に接続されているので、全ての素子10に対して共通して駆動信号が供給されるように配線されており、全ての素子10の回転板12の傾斜角度は常に互いに実質的に同一になる。また、本実施の形態では、全ての素子10の光学フィルタ13は全く同一に構成されており、これにより、全ての素子10の光学フィルタ13は、回転板12の傾斜角度が同じである場合(すなわち、光学フィルタ13に対する入射光の入射角度が同じである場合)において互いに実質的に同一の波長選択性を有している。
In the present embodiment, as described above, the
本実施の形態では、素子10のうち光学フィルタ13以外の部分が1つのマイクロアクチュエータを構成している。そして、光学デバイス2を構成している複数の素子10のうち各光学フィルタ13を除いた部分が、複数のマイクロアクチュエータを備えたマイクロアクチュエータアレーを構成している。
In the present embodiment, the part other than the
次に、光学デバイス2の製造方法の一例について、図6乃至図8を参照して説明する。図6乃至図8は、この製造方法における各工程の状態を模式的に示す概略断面図であり、図3中のA−A’線に沿った断面(ただし、1つの素子10の断面のみ)に相当している。なお、以下の説明における材料や寸法は例示であり、それらに限定されるものではない。
Next, an example of a method for manufacturing the
まず、パイレックスガラス基板やサファイヤ基板等の基板11上に、厚さ0.3μmのITO膜を形成し、このITO膜を、固定電極18a,18b及び配線17,19a,19b等の形状にパターニングする。次いで、それらの上に基板11上の全面に渡ってSiN膜又はSiO2膜等からなる厚さ0.5μmの絶縁膜20を形成する(図6(a))。
First, an ITO film having a thickness of 0.3 μm is formed on a
次に、ストッパ31aに合わせた犠牲層としての高さ3μmの島状のレジスト41aと、ストッパ31bに合わせた犠牲層としての高さ6μmの島状のレジスト41bを、絶縁膜20上に形成する(図6(b))。
Next, an island-shaped resist 41a having a height of 3 μm as a sacrificial layer aligned with the
次いで、0.3μmのSiN膜を形成し、このSiN膜を、ストッパ31a,31bの形状に合わせてパターニングする(図6(c))。このとき、後にレジスト41a,41bを除去することができるように、ストッパ31a,32bには図示しない微小な開口を形成しておく。
Next, a 0.3 μm SiN film is formed, and this SiN film is patterned in accordance with the shapes of the
引き続いて、図6(c)に示す状態の基板上の全面に、犠牲層としての厚さ12μmのレジスト42を塗布する(図6(d))。更に、レジスト42上に、回転板12に合わせた犠牲層としての厚さ3μmのレジスト43を島状に形成する(図7(a))。次に、レジスト43及び絶縁膜20に、ポスト14におけるコンタクトホールに応じた開口(一辺5μmの正方形状の開口)を形成する。
Subsequently, a resist 42 having a thickness of 12 μm as a sacrificial layer is applied to the entire surface of the substrate in the state shown in FIG. 6C (FIG. 6D). Further, a resist 43 having a thickness of 3 μm is formed in an island shape on the resist 42 as a sacrificial layer in accordance with the rotating plate 12 (FIG. 7A). Next, an opening corresponding to the contact hole in the post 14 (a square opening having a side of 5 μm) is formed in the resist 43 and the insulating
その後、SiN膜21を形成し、このSiN膜21を、回転板12、ポスト14及びトーションヒンジ15の形状にパターニングする(図7(b))。このとき、このSiN膜21には、ポスト14におけるコンタクトホールに応じた開口を形成する。
Thereafter, a
次に、厚さ0.3μmのITO膜22を形成し、このITO膜22を、可動電極16及びその配線の一部の形状にパターニングする。更に、SiO2層とNb2O2層との交互層を多数積層した構成の全体の層厚が4μmの誘電体多層膜を形成し、この誘電体多層膜を光学フィルタ13の形状にパターニングする(図7(c))。
Next, an
次いで、図7(c)の状態の基板上に保護層としてのレジスト44を形成する。更に、基板11の下面上に、マイクロレンズ11aの形状に合わせた曲面を持つようにグレイトーンマスク等で露光・現像したレジスト45を形成する(図8(a))。
Next, a resist 44 as a protective layer is formed on the substrate in the state of FIG. Further, a resist 45 exposed and developed with a gray-tone mask or the like is formed on the lower surface of the
その後、基板11の下面側がマイクロレンズ11aとなるように、レジスト45をマスクとして基板11の下面側をドライエッチングする(図8(b))。
Thereafter, the lower surface side of the
最後に、レジスト41a,41b,42〜44をプラズマアッシング法等により除去する。これにより、光学デバイス2が完成する。
Finally, the resists 41a, 41b, 42 to 44 are removed by a plasma ashing method or the like. Thereby, the
ここで、光学フィルタ13の波長選択特性について、図9を参照して説明する。図9は、光源1からの離散的なR光、G光及びB光の波長帯ΔλR,ΔλG,ΔλBと、光学フィルタ13の離散的な透過波長帯Δλ1,Δλ2,Δλ3との関係を、模式的に示す図である。図9(a)は回転板12の傾斜角度θが0゜の場合、図9(b)は回転板12の傾斜角度θが前述した第2の傾斜角度θ2の場合、図9(c)は回転板12の傾斜角度θが前述した第1の傾斜角度θ1(>θ2)の場合を、それぞれ示している。
Here, the wavelength selection characteristic of the
前述したように、本実施の形態では、光源1からの光の波長成分は、可視領域において、離散的なR光、G光及びB光の波長帯ΔλR,ΔλG,ΔλBのみしか有していない。 As described above, in the present embodiment, the wavelength component of the light from the light source 1 has only discrete wavelength bands ΔλR, ΔλG, ΔλB of the discrete R light, G light, and B light in the visible region. .
そして、本実施の形態では、光学フィルタ13は、図9に示すように、可視領域において、離散的な3つの透過波長帯Δλ1,Δλ2,Δλ3を持つバンドパス特性(いわゆる3バンドパス特性)を有している。回転板12が傾くほど(すなわち、傾斜角度θが大きくなるほど)、光学フィルタ13を構成する誘電体多層膜の各層の実効的な厚さが厚くなるため、図9に示すように、透過波長帯Δλ1,Δλ2,Δλ3は短波長側にシフトしていく。なお、本実施の形態では、基板11に対する入射光の入射角度は不変である。
In this embodiment, as shown in FIG. 9, the
本実施の形態では、θ=0゜の場合には、図9(a)に示すように、透過波長帯Δλ1がΔλBと重なるが、他の透過波長帯Δλ2,Δλ3はいずれの波長帯ΔλR,ΔλG,ΔλBとも重ならない。また、θ=θ2の場合には、図9(b)に示すように、透過波長帯Δλ2がΔλGと重なるが、他の透過波長帯Δλ1,Δλ3はいずれの波長帯ΔλR,ΔλG,ΔλBとも重ならない。さらに、θ=θ1の場合には、図9(c)に示すように、透過波長帯Δλ3がΔλRと重なるが、他の透過波長帯Δλ1,Δλ2はいずれの波長帯ΔλR,ΔλG,ΔλBとも重ならない。本実施の形態では、このような関係を満たすように、第1及び第2の傾斜角度θ1,θ2並びに透過波長帯Δλ1,Δλ2,Δλ3が設定されている。なお、例えば、光学フィルタ13を構成する層数や層厚等を適宜設定することで、光学フィルタ13に3バンドパス特性を持たせて透過波長帯Δλ1,Δλ2,Δλ3を適宜設定することができることは周知である。
In this embodiment, when θ = 0 °, as shown in FIG. 9A, the transmission wavelength band Δλ1 overlaps ΔλB, but the other transmission wavelength bands Δλ2 and Δλ3 are in any wavelength band ΔλR, Neither ΔλG nor ΔλB overlaps. When θ = θ2, as shown in FIG. 9B, the transmission wavelength band Δλ2 overlaps with ΔλG, but the other transmission wavelength bands Δλ1, Δλ3 overlap with any of the wavelength bands ΔλR, ΔλG, ΔλB. Don't be. Further, when θ = θ1, as shown in FIG. 9C, the transmission wavelength band Δλ3 overlaps with ΔλR, but the other transmission wavelength bands Δλ1, Δλ2 overlap with any of the wavelength bands ΔλR, ΔλG, ΔλB. Don't be. In the present embodiment, the first and second inclination angles θ1, θ2 and transmission wavelength bands Δλ1, Δλ2, Δλ3 are set so as to satisfy such a relationship. For example, by appropriately setting the number of layers constituting the
したがって、本実施の形態では、回転板12の傾斜角度θを0゜にすると光学フィルタ13はB光のみを選択的に透過し、回転板12の傾斜角度θを第2の傾斜角度θ2にすると光学フィルタ13はG光のみを選択的に透過し、回転板12の傾斜角度θを第1の傾斜角度θ1にすると光学フィルタ13はR光のみを選択的に透過する。
Therefore, in the present embodiment, when the tilt angle θ of the
もっとも、R光、G光及びB光のいずれかを選択的に透過させる場合であっても、傾斜角度θ1,θ2、波長帯ΔλR,ΔλG,ΔλB及び透過波長帯Δλ1,Δλ2,Δλ3の関係は、図9に示す例に限定されるものではない。例えば、θ=0゜の場合に、透過波長帯Δλ1,Δλ2,Δλ3のうちのいずれか1つの透過波長帯のみが波長帯ΔλR,ΔλG,ΔλBのうちのいずれか1つの波長帯のみと重なり、θ=θ1の場合に透過波長帯Δλ1,Δλ2,Δλ3のうちの残りの2つの透過波長帯のうちのいずれか1つの透過波長帯のみが波長帯ΔλR,ΔλG,ΔλBのうちの残りの2つの波長帯のうちのいずれか1つの波長帯のみと重なり、θ=θ2の場合に透過波長帯Δλ1,Δλ2,Δλ3のうちの残りの1つの透過波長帯のみが波長帯ΔλR,ΔλG,ΔλBのうちの残りの1つの波長帯のみと重なるように、前記関係を設定すればよい。 Of course, even when any one of R light, G light, and B light is selectively transmitted, the relationship between the inclination angles θ1, θ2, the wavelength bands ΔλR, ΔλG, ΔλB and the transmission wavelength bands Δλ1, Δλ2, Δλ3 is It is not limited to the example shown in FIG. For example, when θ = 0 °, only one of the transmission wavelength bands Δλ1, Δλ2, and Δλ3 overlaps only one of the wavelength bands ΔλR, ΔλG, and ΔλB, When θ = θ1, only one of the remaining two transmission wavelength bands of the transmission wavelength bands Δλ1, Δλ2, and Δλ3 is the remaining two of the wavelength bands ΔλR, ΔλG, and ΔλB. Only one of the wavelength bands overlaps, and when θ = θ2, only the remaining one of the transmission wavelength bands Δλ1, Δλ2, Δλ3 is included in the wavelength bands ΔλR, ΔλG, ΔλB. The relationship may be set so as to overlap with only the remaining one wavelength band.
ここで、図9に示すような関係に設定する場合のシミュレーション結果の一例を、図11乃至図13に示す。このシミュレーションでは、ハロゲンランプからの光を図10に示す3バンドパス特性を有する光学フィルタ(入射光作製用の光学フィルタ)を透過させた光が、光学フィルタ13に対する入射光であるものとした。そして、この入射光を光学フィルタ13にその法線方向に入射させた場合(θ=0゜の場合に相当)の、光学フィルタ13を透過した後の光のスペクトルのシミュレーション結果を、図11に示す。また、この入射光を光学フィルタ13の法線方向に対して30゜傾けて光学フィルタ13に入射させた場合(θ=θ2=30゜の場合に相当)の、光学フィルタ13を透過した後の光のスペクトルのシミュレーション結果を、図12に示す。さらに、この入射光を光学フィルタ13の法線方向に対して40゜傾けて光学フィルタ13に入射させた場合(θ=θ1=40゜の場合に相当)の、光学フィルタ13を透過した後の光のスペクトルのシミュレーション結果を、図13に示す。このシミュレーションに際し、光学フィルタ13は、80層の積層膜であるものとし、光入射側から奇数番目の層は全て厚さ50nmのSiO2層であるものとし、光入射側から偶数番目の層は全て厚さ50nmのNb2O5層であるものとした。
Here, FIGS. 11 to 13 show examples of simulation results when the relationship shown in FIG. 9 is set. In this simulation, it is assumed that the light transmitted through the light from the halogen lamp through the optical filter having the three-band characteristics shown in FIG. 10 (the optical filter for producing incident light) is incident light on the
図10乃至図13から、光学フィルタ13の構成としてそのシミュレーション時のような構成を採用し、第1及び第2の傾斜角度θ1,θ2を40゜及び30゜にそれぞれ設定すれば、θ=0゜の場合にB光のみが光学フィルタ13を選択的に透過し、θ=θ2の場合にG光のみが光学フィルタ13を選択的に透過し、θ=θ1の場合にR光のみが光学フィルタ13を選択的に透過することがわかる。
From FIG. 10 to FIG. 13, if the configuration as in the simulation is adopted as the configuration of the
本実施の形態では、図1中のデバイス制御回路3は、画像信号制御回路6からR光選択信号を受けているときには全ての素子10の可動電極16と第1の固定電極18aとの間に電圧を印加してθ=θ1とし、G光選択信号を受けているときには全ての素子10の可動電極16と第2の固定電極18bとの間に電圧を印加してθ=θ2とし、B光選択信号を受けているときには全ての素子10の可動電極16と固定電極18a,18bとの間には電圧を印加せずθ=0゜とする。
In the present embodiment, when the
本実施の形態では、前述した光学デバイス2及びデバイス制御回路3からなる可変フィルタ装置4が用いられており、光学フィルタ13の波長選択特性を利用して通過させる光の波長を変えるので、可変フィルタ装置4の代わりに従来と同様に偏光を利用する液晶デバイスを用いる場合に比べて、光の利用効率が大幅に高まる。
In the present embodiment, the variable filter device 4 including the
また、本実施の形態では、単一の大きな光学フィルタを用いてそれを動かすことで通過させる光の波長を変えるものではなく(すなわち、マクロの機械的な機構を用いるものではなく)、マイクロアクチュエータアレーの個々のマイクロアクチュエータの可動部(本実施の形態では、回転板12)に個々の光学フィルタ13が設けられ、これらの複数の光学フィルタ13がそれぞれマイクロアクチュエータによって動かされることで、一斉に同じ色選択動作を行う。したがって、個々の光学フィルタ13は小さくすることができて軽量にすることができる。よって、個々の光学フィルタ13の動作速度を高めることができ、色選択の動作速度を高めることができる。また、マクロの機械的な機構を用いて可変フィルタ装置を構成する場合に比べて、可変フィルタ装置4の小型化を図ることができる。
Further, in the present embodiment, the wavelength of light to be transmitted is not changed by moving a single large optical filter (that is, not using a macro mechanical mechanism). The individual
このように、本実施の形態によれば、可変フィルタ装置4に関して、マクロの機械的な機構を用いた手段に比べて小型化及び動作の高速化を図ることができ、しかも、光の利用効率を高めることができる。よって、本実施の形態によれば、投射型表示装置全体としても、小型化を図ったり光の利用効率を高めたりすることができる。 Thus, according to the present embodiment, the variable filter device 4 can be reduced in size and speeded up as compared with the means using a macro mechanical mechanism, and the light utilization efficiency can be improved. Can be increased. Therefore, according to the present embodiment, it is possible to reduce the size of the projection display device as a whole and increase the light use efficiency.
なお、本実施の形態では、前述したように、全ての素子10の光学フィルタ13が同一の波長選択特性を有し、全ての素子10の回転板12の傾斜角度が常に互いに同一にされていたが、本発明では必ずしもこれに限定されるものではない。例えば、全ての素子10をいくつかのグループに分け、各グループの素子10の光学フィルタ13をグループ毎に異なる波長選択特性を持つように構成し、デバイス制御回路3が、画像信号制御回路6からR光選択信号を受けたときに、各グループ毎に異なる駆動信号を印加して回転板12の傾斜角度を各グループ毎に異ならせることで、全てのグループの素子10の光学フィルタ13がR光を選択的に透過させるように、構成してもよい。この場合は、例えば、固定電極18a,18bは各グループ毎に共通接続して、異なるグループ間では独立した駆動信号を印加できるように配線すればよい。
In the present embodiment, as described above, the
[第2の実施形態] [Second Embodiment]
図14は、本発明の第2の実施の形態による投射型表示装置で用いられる光学デバイス52の隣り合う2つの単位素子60を模式的に示す概略平面図であり、図3に対応している。図15は、図14中ののC−C’線に沿った概略断面図である。図14及び図15において、図3及び図4中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。
FIG. 14 is a schematic plan view schematically showing two
本実施の形態による投射型表示装置が前記第1の実施の形態による投射型表示装置と異なる所は、光学デバイス2に代えて光学デバイス52が用いられ、これに伴い、デバイス制御回路3から光学デバイス52に供給される信号が電圧信号ではなく、後述する電流信号である点のみである。
The projection display device according to the present embodiment is different from the projection display device according to the first embodiment in that an
光学デバイス52が光学デバイス2と異なる所は、以下に説明する点である。図面には示していないが、光学デバイス52では、単位素子10に代わる単位素子60が、基板11上に2次元状に複数配置されている。
The
光学デバイス52が光学デバイス2と基本的に異なる所は、光学デバイス2では可動部としての回転板12が回転可能に支持されているのに対し、光学デバイス52では、以下に説明するように、片持ち梁構造が採用されている点である。
The
各素子60は、基板11に対して角度に関する姿勢が変化し得る可動部としての可動板62と、可動62に設けられた光学フィルタ13(この光学フィルタ13は、光学デバイス2の光学フィルタ13と同一である。)と、を有している。
Each
可動板62は、下側のSiN膜71と上側のSiN膜72とによって矩形の平板状に構成され、その周囲には剛性を高めるための段差62aが形成されている。光学フィルタ13は、SiN膜72上に形成されている。
The
可動板62の−X側の一辺における両側部分が、それぞれ基板11から立ち上がるポスト64に板ばねをなすヒンジ65を介して支持され、可動板62は、ヒンジ65によって傾き可能に支持されている。本実施の形態では、このように、ヒンジ65によって一端辺が支持される片持ち梁構造が採用されている。可動板62に後述するローレンツ力が付与されていない場合には、ヒンジ65の復帰力(本実施の形態では、バネ力)によって、可動板62がXY平面と平行となる姿勢に復帰するようになっている。可動板62を構成するSiN膜71,72は、そのままヒンジ65及びポスト64に延在している。
Both side portions on one side of the −X side of the
SiN膜71,72間には、図14に示すように、+Y側のポスト64から、+Y側のヒンジ65、可動板62の+Y側の辺付近、可動板62の+X側の辺付近、可動板62の−Y側の辺付近、−Y側のヒンジ65を通って、−Y側のポスト64に至るAl膜からなる配線63が形成されている。本実施の形態では、配線63は光学フィルタ13と重ならないように配置されているが、重なるように配置した場合には、配線63をITO膜等で構成すればよい。図示していない永久磁石(電磁石等でもよい。)によって、X軸方向に沿ってその一方側へ向かう略均一な磁界を発生している。
As shown in FIG. 14, between the
配線63のうち、可動板62の+X側の一辺に沿ってY軸方向に延びた直線状の部分63aが、前記磁石による磁界内に配置されて通電により駆動力としてのローレンツ力を生じる電流路(ローレンツ力用電流路)を構成している。配線63の他の部分は、ローレンツ力電流路63aに電流を供給するための供給路となっている。前記磁石によって前記磁界が発生しているので、ローレンツ力電流路63aに流す電流の向きに応じて、−Z方向又は+Z方向のローレンツ力がローレンツ力電流路63a(ひいては、可動板62)に作用する。本実施の形態では、ローレンツ力電流路63aが駆動力発生部となっているが、駆動力は必ずしもローレンツ力に限定されるものではない。しかしながら、ローレンツ力は電流に対して直線性が良いので、駆動力の大きさを調整して、駆動力とヒンジ65のバネ力とが釣り合う所望の傾斜角度で安定して可動板62を保持するためには、駆動力としてローレンツ力を用いることが好ましい。
Of the
なお、ヒンジ65及びポスト64は、可動板62から延在するSiN膜71,72及び配線63によって構成されている。
The
配線63の一端は、+Y側のポスト64において、SiN膜71に形成したコンタクトホールを介して、基板11上に形成されたAl膜からなる配線66aに接続されている。同様に、配線63の他端は、−Y側のポスト64において、SiN膜71に形成したコンタクトホールを介して、基板11上に形成されたAl膜からなる配線66bに接続されている。配線66a,66bは、SiN膜又はSiO2膜からなる絶縁膜80で覆われている。
One end of the
配線66aによって、全ての素子60のローレンツ力電流路63aの一端が電気的に共通に接続されている。同様に、配線66bによって、全ての素子60のローレンツ力電流路63aの一端が電気的に共通に接続されている。これにより、全ての素子60のローレンツ力電流路63aが並列接続されている。したがって、全ての素子60のローレンツ力電流路63aに対して共通して、駆動信号であるローレンツ力用電流が供給されるようになっている。なお、全ての素子60のローレンツ力電流路63aには、同じ向きのローレンツ力が生ずるようになっている。全ての素子60のローレンツ力電流路63aが並列接続する代わりに、全ての素子60のローレンツ力電流路63aを直列接続してもよいし、複数の素子毎にローレンツ力電流路63aを直列接続してその直列接続体を並列接続してもよい。これらの場合にも、全ての素子60のローレンツ力電流路63aに対して共通して、駆動信号であるローレンツ力用電流が供給される。
One end of the Lorentz force
この光学デバイス52では、ローレンツ力電流路63aにローレンツ力用電流を流すと、ローレンツ力電流路63aに生ずるローレンツ力とヒンジ65のバネ力とが釣り合う傾斜角度まで可動板62が傾斜し、その状態を保持する。したがって、ローレンツ力電流路63aに流すに流す電流の大きさを変えることで、保持される可動板62の傾きを変えることができる。なお、ローレンツ力の向きは+Z方向でもよいし、−Z方向でもよい。
In this
本実施の形態においても、光学フィルタ13は前記第1の実施の形態の場合と同じであるので、デバイス制御回路3は、画像信号制御回路6からR光選択信号を受けているときには、駆動信号として、全ての素子60の可動板62の傾斜角度(XY平面に対する傾斜区角度)θを前述した第1の傾斜角度θ1にする大きさの電流を、全ての素子60のローレンツ力電流路63aに流す。また、デバイス制御回路3は、画像信号制御回路6からG光選択信号を受けているときには、駆動信号として、全ての素子60の可動板62の傾斜角度θを前述した第2の傾斜角度θ2にする大きさの電流を、全ての素子60のローレンツ力電流路63aに流す。さらに、デバイス制御回路3は、画像信号制御回路6からB光選択信号を受けているときには、全ての素子60の可動板62の傾斜角度θを0゜にするべく、全ての素子60のローレンツ力電流路63aに電流を流さない。
Also in the present embodiment, since the
本実施の形態では、素子60のうち光学フィルタ13以外の部分が1つのマイクロアクチュエータを構成している。そして、光学デバイス52を構成している複数の素子60のうち各光学フィルタ13を除いた部分が、複数のマイクロアクチュエータを備えたマイクロアクチュエータアレーを構成している。
In the present embodiment, the part of the
次に、光学デバイス52の製造方法の一例について、図16乃至図18を参照して説明する。図16乃至図18は、この製造方法における各工程の状態を模式的に示す概略断面図であり、図15に示す断面図に対応している。ただし、図16乃至図18では、1つの素子60の断面のみについて示している。なお、以下の説明における材料や寸法は例示であり、それらに限定されるものではない。
Next, an example of a method for manufacturing the
まず、パイレックスガラス基板やサファイヤ基板等の基板11上に、厚さ0.3μmのAl膜を形成し、このAl膜を、配線66a,66b等の形状にパターニングする。次いで、それらの上に基板11上の全面に渡ってSiN膜又はSiO2膜等からなる厚さ0.5μmの絶縁膜80を形成する(図16(a))。
First, an Al film having a thickness of 0.3 μm is formed on a
次に、絶縁膜20上の全体に、犠牲層としての厚さ3μmのレジスト91を形成する(図16(b))。更に、レジスト91上に、可動板62に合わせた犠牲層としての厚さ3μmのレジスト92を島状に形成する(図16(c))。
Next, a resist 91 having a thickness of 3 μm is formed as a sacrificial layer on the entire insulating film 20 (FIG. 16B). Further, a resist 92 having a thickness of 3 μm as a sacrificial layer matched with the
引き続いて、レジスト91及び絶縁膜80に、ポスト64におけるコンタクトホールに応じた開口(一辺5μmの正方形状の開口)を形成する(図16(d))。
Subsequently, an opening (a square opening with a side of 5 μm) corresponding to the contact hole in the
その後、SiN膜71を形成し、このSiN膜71を、可動板62、ポスト64及びヒンジ65の形状にパターニングする(図17(a))。このとき、このSiN膜71には、ポスト64におけるコンタクトホールに応じた開口を形成する。
Thereafter, a
次に、厚さ0.3μmのAl膜を形成し、このAl膜を配線63の形状にパターニングする(図17(b))。更に、その上に厚さ0.3μmのSiN膜72を形成し、そのSiN膜72を、可動板62、ポスト64及びヒンジ65の形状にパターニングする(図17(c))。
Next, an Al film having a thickness of 0.3 μm is formed, and this Al film is patterned into the shape of the wiring 63 (FIG. 17B). Further, a 0.3 μm
次いで、SiO2層とNb2O2層との交互層を多数積層した構成であって全体の層厚が4μmの誘電体多層膜を形成し、この誘電体多層膜を光学フィルタ13の形状にパターニングする(図17(d))。
Next, a dielectric multilayer film having a structure in which a large number of alternating layers of SiO 2 layers and Nb 2 O 2 layers are stacked and having a total layer thickness of 4 μm is formed, and this dielectric multilayer film is formed into the shape of the
次いで、図17(d)の状態の基板上に保護層としてのレジスト93を形成する。更に、基板11の下面上に、マイクロレンズ11aの形状に合わせた曲面を持つようにグレイトーンマスク等で露光・現像したレジスト94を形成する(図18(a))。
Next, a resist 93 as a protective layer is formed on the substrate in the state of FIG. Further, a resist 94 exposed and developed with a gray-tone mask or the like is formed on the lower surface of the
その後、基板11の下面側がマイクロレンズ11aとなるように、レジスト94をマスクとして基板11の下面側をドライエッチングする(図18(b))。
Thereafter, the lower surface side of the
最後に、レジスト91〜93をプラズマアッシング法等により除去する。これにより、光学デバイス52が完成する。
Finally, the resists 91 to 93 are removed by a plasma ashing method or the like. Thereby, the
本実施の形態によっても、前記第1の実施の形態と同様の利点が得られる。 Also in this embodiment, the same advantages as those in the first embodiment can be obtained.
ところで、本実施の形態による投射型表示装置に採用されている可変フィルタ装置(光学デバイス52及びデバイス制御回路からなる可変フィルタ装置)は、用途によっては、次のように変形してもよい。この変形例について、図19も参照して説明する。図19は、この変形例における光源1からの光のスペクトルの波長帯ΔλRGBと、光学フィルタ13の単一の波長帯Δλ11との関係を示す図である。図19(a)は可動板62の傾斜角度θが0゜である場合、図19(b)はその傾斜角度θが大きくなった場合、図19(c)はその傾斜角度θが更に大きくなった場合を、それぞれ示している。
By the way, the variable filter device (variable filter device including the
この変形例では、光源1として可視領域内において連続的なスペクトルの光を発するハロゲンランプ等を用い、この連続的なスペクトルの光(図19では、その波長帯をΔλRGBで示している。)を、次のように変形した光学デバイス52に入射させる。この変形例では、光学デバイス52の光学フィルタ13として、図19に示すように単一の透過波長帯Δλ11を持つ波長選択特性を有するフィルタを設ける。この例では、図19(a)に示すθ=0゜から図19(c)に示す角度まで連続的に変えることで、選択的に透過する光の波長を、ほぼG光からB光まで連続的に変えることができる。マイクロアクチュエータを可動板62の傾斜角度の可変範囲がより大きくなるように構成するとともに、θ=0゜の場合のΔλ11をR光付近に設定すれば、可動板62の傾斜角度を連続的に変えることで、選択的に透過する光の波長を、ほぼR光からB光まで連続的に変えることができる。したがって、このように変形すれば、R光からB光まで連続的に通過波長を変える用途に用いることができる。また、マイクロアクチュエータを可動板62の傾斜角度の可変範囲がより大きくなるように構成するとともに、θ=0゜の場合のΔλ11をR光付近に設定すれば、この単一の透過波長帯Δλ11を持つように変形した光学デバイス52は、前記第2の実施の形態における光学デバイス52に代えて用いることができる。この場合、デバイス制御回路3は、色選択信号に応じて、ローレンツ力電流路63aに電流を流さない状態、G光用の電流を流す状態及びB光用の電流を流す状態に切り替えればよい。
In this modification, a halogen lamp or the like that emits light having a continuous spectrum in the visible region is used as the light source 1, and the light having this continuous spectrum (in FIG. 19, the wavelength band is indicated by ΔλRGB). Then, the light is incident on the deformed
また、前記第1の実施の形態や前記第2の実施の形態において採用されている可変フィルタ装置は、用途によっては、2色の光を切り替えて可変に出力するように構成してもよい。この変形例では、例えばG光及びB光のうちのいずれかのみを選択的に出力するように構成する場合には、図9から理解できるように、例えば、光源1(必要に応じて、適当な波長選択特性を有する光学フィルタを含む。)からの光として、G光及びB光の2つの離散的な波長帯ΔλG,ΔλBの成分の光を、当該可変フィルタ装置に入射させ、光学フィルタ13を、離散的な2つの透過波長帯Δλ1,Δλ2を持つバンドパス特性(いわゆる2バンドパス特性)を持つように構成してもよい。このとき、例えば、図20に示すように、各素子60の光学フィルタ13を、比較的狭い透過波長帯Δλ1,Δλ2の代わりに比較的広い透過波長帯Δλ1’,Δλ2’を持つように構成してもよい。
In addition, the variable filter device employed in the first embodiment and the second embodiment may be configured to variably output two colors of light depending on the application. In this modification, for example, when only one of the G light and the B light is selectively output, as can be understood from FIG. 9, for example, the light source 1 (appropriately, if necessary) The
[第3の実施の形態] [Third Embodiment]
図21は、本発明の第3の実施の形態によるシャッタ装置104を示す概略構成図である。
FIG. 21 is a schematic configuration diagram showing a
本実施の形態によるシャッタ装置104は、光学デバイス102及びこれを制御するデバイス制御回路103とから構成されており、切替信号に応じて、光源101からの入射光のうち可視領域内の少なくとも一部の波長帯の光を通過させるオン状態と、光源101からの入射光のうちの可視領域内の光を実質的に通過させないオフ状態とを切り替える。
The
光源101は、前記第1の実施の形態における光源1と同じであり、光源101からの光の波長帯は、離散的な3つの比較的狭い波長帯、すなわち、R光、G光及びB光の波長帯ΔλR,ΔλG,ΔλBである。
The
本実施の形態では、光源101からの光は、平行光束として光学デバイス102に入射するようになっている。必要に応じて、コリメータレンズ等を用いて光源1からの光を平行光束にしてもよい。また、光学デバイス102へ入射させる光は必ずしも、平行光束でなくてもよい。
In the present embodiment, the light from the
光学デバイス102は、以下に説明する点を除いて、前記第1の実施の形態による投射型表示装置で採用されている光学デバイス2と同一に構成されている。光学デバイス102が光学デバイス2と異なる所は、各素子10において第2の固定電極18b及びストッパ31bが除去され、更に配線19bも除去されている点と、各素子10の光学フィルタ13の波長選択特性の点のみである。
The
この光学デバイス102では、固定電極18aと可動電極16との間に電圧が印加されて回転板12の傾斜角度θが傾斜角度θ1に保持された状態と、固定電極18aと可動電極16との間に電圧が印加されずに回転板12の傾斜角度θが0゜に保持された状態との、いずれかの状態に切り替えられる。
In this
図22は、光源101からの離散的なR光、G光及びB光の波長帯ΔλR,ΔλG,ΔλBと、光学デバイス102の光学フィルタ13の離散的な透過波長帯Δλ21,Δλ22,Δλ23との関係を、模式的に示す図である。図22(a)は回転板12の傾斜角度θが0゜の場合、図22(b)は回転板12の傾斜角度θが前記傾斜角度θ1の場合を、それぞれ示している。
FIG. 22 shows the wavelength bands ΔλR, ΔλG, ΔλB of discrete R light, G light, and B light from the
前述したように、本実施の形態では、光源1からの光の波長成分は、可視領域において、離散的なR光、G光及びB光の波長帯ΔλR,ΔλG,ΔλBのみしか有していない。 As described above, in the present embodiment, the wavelength component of the light from the light source 1 has only discrete wavelength bands ΔλR, ΔλG, ΔλB of the discrete R light, G light, and B light in the visible region. .
そして、本実施の形態では、光学デバイス102の各素子10の光学フィルタ13は、図22に示すように、可視領域において、離散的な3つの透過波長帯Δλ21,Δλ22,Δλ23を持つバンドパス特性(いわゆる3バンドパス特性)を有している。回転板12が傾くほど(すなわち、傾斜角度θが大きくなるほど)、光学フィルタ13を構成する誘電体多層膜の各層の実効的な厚さが厚くなるため、図22に示すように、透過波長帯Δλ21,Δλ22,Δλ23は短波長側にシフトしていく。なお、本実施の形態では、基板11に対する入射光の入射角度は不変である。
In this embodiment, the
本実施の形態では、θ=0゜の場合には、図22(a)に示すように、3つの透過波長帯Δλ21,Δλ22,Δλ23が3つの波長帯ΔλR,ΔλG,ΔλBとそれぞれ重なっている。一方、θ=θ1の場合には、3つの透過波長帯Δλ21,Δλ22,Δλ23は、いずれの波長帯ΔλR,ΔλG,ΔλBとも重ならない。本実施の形態では、光学デバイス102の各素子10の光学フィルタ13は、このような関係を満たすように、傾斜角度θ1及び透過波長帯Δλ21,Δλ22,Δλ23が設定されている。
In this embodiment, when θ = 0 °, as shown in FIG. 22A, the three transmission wavelength bands Δλ21, Δλ22, Δλ23 overlap with the three wavelength bands ΔλR, ΔλG, ΔλB, respectively. . On the other hand, when θ = θ1, the three transmission wavelength bands Δλ21, Δλ22, and Δλ23 do not overlap any of the wavelength bands ΔλR, ΔλG, and ΔλB. In the present embodiment, the
したがって、本実施の形態では、回転板12の傾斜角度θを0゜にすると、光学フィルタ13はR光、G光及びB光を全て透過して透過後の光も透過前の光とほぼ同じ白色光となる。一方、回転板12の傾斜角度θを前記傾斜角度θ1にすると、R光、G光及びB光のいずれの波長帯の光も透過せず、光源101からの光は完全に遮光される。
Therefore, in this embodiment, when the tilt angle θ of the
ここで、図22に示すような関係に設定する場合のシミュレーション結果の一例を図23及び図24に示す。このシミュレーションでは、ハロゲンランプからの光を図10に示す3バンドパス特性を有する光学フィルタを透過させた光が、光学フィルタ13に対する入射光であるものとした。そして、この入射光を光学フィルタ13にその法線方向に入射させた場合(θ=0゜の場合に相当)の、光学フィルタ13を透過した後の光のスペクトルのシミュレーション結果を、図23に示す。また、この入射光を光学フィルタ13の法線方向に対して30゜傾けて光学フィルタ13に入射させた場合(θ=θ1=30゜の場合に相当)の、光学フィルタ13を透過した後の光のスペクトルのシミュレーション結果を、図24に示す。
Here, FIG. 23 and FIG. 24 show an example of simulation results when the relationship shown in FIG. 22 is set. In this simulation, the light transmitted through the optical filter having the three-band pass characteristic shown in FIG. FIG. 23 shows a simulation result of the spectrum of the light after passing through the
図23及び図24から、光学フィルタ13の構成としてそのシミュレーション時のような構成を採用し、傾斜角度θ1を30゜に設定すれば、光学フィルタ13は、θ=0゜の場合にR光、G光及びB光からなる白色光が透過し、θ=θ1の場合にいずれの波長帯の光も遮光されることがわかる。
23 and 24, if the configuration as in the simulation is adopted as the configuration of the
本実施の形態では、図21中のデバイス制御回路103は、外部からの切替信号を受けて、切替信号がオン状態を示す場合には、全ての素子10の可動電極16と固定電極18aとの間には電圧を印加せずθ=0゜とし、切替信号がオフ状態を示す場合には、全ての素子10の可動電極16と固定電極18aとの間に電圧を印加してθ=θ1とする。
In the present embodiment, the
本実施の形態によるシャッタ装置104では、前述した光学デバイス102及びデバイス制御回路103が用いられており、光学フィルタ13の波長選択特性を利用して光の透過をオン・オフさせるので、シャッタ装置104の代わりに従来と同様に偏光を利用する液晶シャッタを用いる場合に比べて、光の利用効率が大幅に高まる。
In the
また、本実施の形態では、単一の大きな光学フィルタを用いてそれを動かすことで通過させる光の波長を変えるものではなく(すなわち、マクロの機械的な機構を用いるものではなく)、マイクロアクチュエータアレーの個々のマイクロアクチュエータの可動部(本実施の形態では、回転板12)に個々の光学フィルタ13が設けられ、これらの複数の光学フィルタ13がそれぞれマイクロアクチュエータによって動かされることで、一斉に同じオン・オフ切替動作を行う。したがって、個々の光学フィルタ13は小さくすることができて軽量にすることができる。よって、個々の光学フィルタ13の動作速度を高めることができ、オン・オフの動作速度を高めることができる。また、マクロの機械的な機構を用いてシャッタ装置104を構成する場合に比べて、シャッタ装置104の小型化を図ることができる。
Further, in the present embodiment, the wavelength of light to be transmitted is not changed by moving a single large optical filter (that is, not using a macro mechanical mechanism). The individual
このように、本実施の形態によれば、マクロの機械的な機構を用いた手段に比べて小型化及び動作の高速化を図ることができ、しかも、光の利用効率を高めることができる。 Thus, according to the present embodiment, it is possible to reduce the size and increase the operation speed as compared with the means using a macro mechanical mechanism, and it is possible to increase the light utilization efficiency.
なお、波長帯ΔλR,ΔλG,ΔλBと光学デバイス102の光学フィルタ13の離散的な透過波長帯Δλ1,Δλ2,Δλ3との関係は、図22に示す例に限定されるものではなく、例えば、θ=θ1の場合にR光、G光及びB光からなる白色光が透過し、θ=0゜の場合にいずれの波長帯の光も遮光されるように、設定することも可能である。
Note that the relationship between the wavelength bands ΔλR, ΔλG, ΔλB and the discrete transmission wavelength bands Δλ1, Δλ2, Δλ3 of the
本実施の形態では、光学デバイス102は、前記第1の実施の形態で採用されていた光学デバイス2を変形したものとされていたが、光学デバイス102の代わりに、前記第2の実施の形態で採用されていた光学デバイス52を変形したものを用いてもよい。この場合、光学デバイス52における各素子60の光学フィルタ13を、光学デバイス102の光学フィルタ13と同じもの(すなわち、図22に示す波長選択特性を有する光学デバイス)で置き換えればよい。この場合、デバイス制御回路102は、切替信号がオフ状態を示す場合は、駆動信号として、全ての素子60の可動板62の傾斜角度(XY平面に対する傾斜区角度)θを前記傾斜角度θ1にする大きさの電流を、全ての素子60のローレンツ力電流路63aに流し、切替信号がオン状態を示す場合は、全ての素子60の可動板62の傾斜角度θを0゜にするべく、全ての素子60のローレンツ力電流路63aに電流を流さない。
In the present embodiment, the
ところで、第3の実施の形態によるシャッタ装置104を、次のように変形してもよい。すなわち、光源101からの光の波長成分がΔλR,ΔλG,ΔλBであっても、オン状態において、ΔλR,ΔλG,ΔλBのうちのいずれか1つ又は2つの波長帯の光のみを選択的透過させるようにしてもよい。この場合、オン状態で例えばΔλB,ΔλGの波長帯の光のみを選択的に通過させる場合には、各素子10の光学フィルタ13を、2つの透過波長帯Δλ21,Δλ22のみを持つバンドパス特性を持つように構成すればよい。
Incidentally, the
また、光源101からの光の波長成分はΔλR,ΔλG,ΔλBに限定されるものではなく、例えば、そのうちのいずれか1つ又は2つのみを含んでいてもよい。例えば、光源101からの光がΔλGのみを含む場合、各素子10の光学フィルタ13を、1つの透過波長帯Δλ22のみを持つ単一バンドパス特性を持つように構成すればよい。また、この場合、例えば、図25に示すように、各素子10の光学フィルタを、遮断波長以下の波長帯ΔλSを透過させるショートパス特性を持つように構成してもよい。
Further, the wavelength components of the light from the
以上、本発明の各実施の形態について説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではない。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to these embodiments.
例えば、前記第1及び第2の実施の形態は、本発明による可変フィルタ装置を投射型表示装置に用いた例であったが、本発明による可変フィルタ装置の用途はこれに限定されるものではなく、例えば、蛍光顕微鏡において観察する波長を変えるために用いてもよい。 For example, the first and second embodiments are examples in which the variable filter device according to the present invention is used in a projection display device, but the application of the variable filter device according to the present invention is not limited to this. For example, it may be used to change the wavelength observed in a fluorescence microscope.
前記第1及び第2の実施の形態で採用されている可変フィルタ装置や前記第3の実施の形態やその変形例によるシャッタ装置では、各単位素子が2次元状に配置されていたが、用途によっては1次元状に配置してもよい。 In the variable filter device employed in the first and second embodiments and the shutter device according to the third embodiment and its modification, each unit element is arranged two-dimensionally. Depending on the case, they may be arranged one-dimensionally.
前記第1及び第2の実施の形態で採用されている可変フィルタ装置や前記第3の実施の形態やその変形例によるシャッタ装置では、透過型として構成されていたが、反射型として構成してもよい。それらの装置において、反射型の構成を採用する場合には、各素子において透過型の光学フィルタ13に代えて反射型の光学フィルタを採用すればよい。このとき、入射光を基板11側からではなく光学フィルタ側から入射させれば、基板11等を透明材料で構成する必要はない。また、この場合、マイクロレンズ11aには光が入射しないので、マイクロレンズ11aを形成しおく必要はない。
The variable filter device employed in the first and second embodiments and the shutter device according to the third embodiment and its modification are configured as a transmission type, but are configured as a reflection type. Also good. In these devices, when a reflective configuration is employed, a reflective optical filter may be employed in place of the transmissive
1,101 光源
2,102 光学デバイス
3,103 デバイス制御回路
4 可変フィルタ装置
5 空間光変調器
7 投射レンズ
10,60 素子
11 基板
11a マイクロレンズ
12 回転板
13 光学フィルタ
15 トーションヒンジ
62 可動板
104 シャッタ装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,101 Light source 2,102 Optical device 3,103 Device control circuit 4
Claims (23)
前記各マイクロアクチュエータの前記可動部に設けられ波長選択特性を持つ透過型又は反射型の光学フィルタであって、当該光学フィルタに対する入射光の入射角度に応じて前記波長選択特性が変化する光学フィルタと、
を備えたことを特徴とする光学デバイス。 There are a plurality of microactuators having movable parts that can change the posture with respect to the angle with respect to the substrate, and the movable parts of the plurality of microactuators are arranged one-dimensionally or two-dimensionally on one surface side of the substrate. Microactuator array
A transmission type or reflection type optical filter provided in the movable part of each microactuator and having a wavelength selection characteristic, wherein the wavelength selection characteristic changes according to an incident angle of incident light with respect to the optical filter; ,
An optical device comprising:
請求項1乃至9のいずれかに記載の光学デバイスと、選択信号に応じて前記光学デバイスを制御する制御部と、を備え、
前記光学デバイスの前記各光学フィルタは、前記入射光の各部分光束をそれぞれ受け、
前記制御部は、前記入射光の各部分光束が前記光学デバイスの前記各光学フィルタを透過又は反射した後の各光のいずれもが、前記選択信号に応じた波長成分であって互いに実質的に同じ波長成分の光となるように、前記各マイクロアクチュエータの前記可動部の姿勢を制御する、
ことを特徴とする可変フィルタ装置。 A variable filter device that receives incident light and selectively passes a part of the wavelength band of the incident light that is variably selected within a predetermined wavelength region with respect to the predetermined wavelength region,
An optical device according to any one of claims 1 to 9, and a control unit that controls the optical device according to a selection signal,
Each optical filter of the optical device receives each partial light beam of the incident light,
The control unit is configured such that each of the light beams after the partial light beams of the incident light are transmitted or reflected by the optical filters of the optical device are wavelength components corresponding to the selection signal, and substantially each other. Controlling the position of the movable part of each microactuator so as to be light of the same wavelength component;
A variable filter device.
前記光学デバイスの前記各光学フィルタは、前記波長選択特性として離散的な複数の通過波長帯を持つバンドパス特性を有し、
前記光学デバイスの前記各光学フィルタに関して、当該光学フィルタの前記複数の通過波長帯のうちのいずれか1つの通過波長帯が前記入射光の前記複数の波長帯のうちのいずれか1つの波長帯と重なるときに、当該光学フィルタの他の通過波長帯が前記入射光の他の波長帯と実質的に重ならないように、当該光学フィルタの前記複数の通過波長帯が設定されたことを特徴とする請求項10又は11記載の可変フィルタ装置。 The light in the predetermined wavelength region of the incident light consists of light of a plurality of discrete wavelength bands,
Each optical filter of the optical device has a bandpass characteristic having a plurality of discrete pass wavelength bands as the wavelength selection characteristic,
Regarding each optical filter of the optical device, any one of the plurality of pass wavelength bands of the optical filter is any one of the plurality of wavelength bands of the incident light. The plurality of pass wavelength bands of the optical filter are set so that the other pass wavelength bands of the optical filter do not substantially overlap with other wavelength bands of the incident light when overlapping. The variable filter device according to claim 10 or 11.
前記光学デバイスの前記各光学フィルタは、前記波長選択特性として前記所定波長領域より帯域幅の狭い単一の通過波長帯を持つバンドパス特性を有し、
前記光学デバイスの前記各光学フィルタに関して、当該光学フィルタの前記通過波長帯が前記所定波長領域と重なるように、当該光学フィルタの前記通過波長帯が設定されたことを特徴とする請求項10又は11記載の可変フィルタ装置。 The incident light has a continuous spectrum within the predetermined wavelength region;
Each optical filter of the optical device has a bandpass characteristic having a single pass wavelength band having a narrower bandwidth than the predetermined wavelength region as the wavelength selective characteristic,
12. The pass wavelength band of the optical filter is set so that the pass wavelength band of the optical filter overlaps the predetermined wavelength region with respect to each optical filter of the optical device. The variable filter device described.
前記基板は、前記入射光のうちの前記所定波長領域内の前記可変に選択される一部の波長帯の光に対して透明であり、
前記入射光のうちの前記所定波長領域内の前記可変に選択される一部の波長帯の光が前記基板を透過した後に前記光学デバイスの前記各光学フィルタに入射するか、あるいは、前記入射光のうちの前記所定波長領域内の前記可変に選択される一部の波長帯の光が前記各光学フィルタを透過した後に前記基板を透過する、ことを特徴とする請求項10乃至14のいずれかに記載の可変フィルタ装置。 Each optical filter of the optical device is a transmissive optical filter,
The substrate is transparent to light in a part of the variably selected wavelength band in the predetermined wavelength region of the incident light;
Light in a part of the variably selected wavelength band within the predetermined wavelength region of the incident light passes through the substrate and then enters each optical filter of the optical device, or the incident light 15. The light in a part of the variably selected wavelength band within the predetermined wavelength region of the light passes through the optical filters and then passes through the substrate. 15. The variable filter device described in 1.
前記基板における前記入射光の入射側に、前記入射光の部分光束を前記各光学フィルタに集光するマイクロレンズが形成されたことを特徴とする請求項15記載の可変フィルタ装置。 After the light of a part of the variably selected wavelength band in the predetermined wavelength region of the incident light is transmitted through the substrate, the light enters the optical filter of the optical device,
The variable filter device according to claim 15, wherein a microlens for condensing a partial light flux of the incident light onto each of the optical filters is formed on the incident side of the incident light on the substrate.
前記可変フィルタ装置からの各色の波長帯の光を順次受けて、当該色の波長帯の光をそれに同期した色成分の画像信号によって変調する空間光変調部と、
前記空間光変調部により得られる変調光を投射する投射光学系と、
を備え、
前記可変フィルタ装置として、請求項10乃至16のいずれかに記載の可変フィルタ装置が用いられたことを特徴とする投射型表示装置。 Upon receiving incident light including light in the red wavelength band, light in the green wavelength band, and light in the blue wavelength band, the light in the red wavelength band, light in the green wavelength band, and light in the blue wavelength band A variable filter device that selectively and sequentially passes through;
A spatial light modulator that sequentially receives the light of each color wavelength band from the variable filter device, and modulates the light of the wavelength band of the color with an image signal of a color component synchronized with the light;
A projection optical system that projects the modulated light obtained by the spatial light modulator;
With
17. A projection type display device, wherein the variable filter device according to claim 10 is used as the variable filter device.
請求項1乃至9のいずれかに記載の光学デバイスと、切替信号に応じて前記光学デバイスを制御する制御部と、を備え、
前記光学デバイスの前記各光学フィルタは、前記入射光の各部分光束をそれぞれ受け、
前記制御部は、前記切替信号が前記第1の状態を示す場合には、前記入射光の各部分光束が前記光学デバイスの前記各光学フィルタを透過又は反射した後の各光のいずれもが、前記少なくとも一部の波長帯の光となるように、前記各マイクロアクチュエータの前記可動部の姿勢を制御するとともに、前記切替信号が前記第2の状態を示す場合には、前記光学デバイスの前記各光学フィルタの通過波長帯が前記入射光のいずれの波長帯とも実質的に重ならないように、前記各マイクロアクチュエータの前記可動部の姿勢を制御する、
ことを特徴とするシャッタ装置。 A first state that receives incident light and transmits light in at least a part of a wavelength band within a predetermined wavelength region of the incident light; and substantially transmits light within the predetermined wavelength region of the incident light. A shutter device capable of switching between a second state that is not allowed to pass through,
An optical device according to any one of claims 1 to 9, and a control unit that controls the optical device according to a switching signal,
Each optical filter of the optical device receives each partial light beam of the incident light,
When the switching signal indicates the first state, the control unit is configured such that each of the light after the partial light beams of the incident light are transmitted or reflected by the optical filters of the optical device, While controlling the attitude of the movable part of each microactuator so as to be light in the at least part of the wavelength band, and when the switching signal indicates the second state, each of the optical devices Controlling the attitude of the movable part of each microactuator so that the passing wavelength band of the optical filter does not substantially overlap any wavelength band of the incident light,
A shutter device characterized by that.
前記光学デバイスの前記各光学フィルタは、前記波長選択特性として離散的な複数の通過波長帯を持つバンドパス特性を有し、
前記光学デバイスの前記各光学フィルタに関して、前記第1の状態で前記入射光の前記複数の波長帯の光が当該光学フィルタの前記複数の通過波長帯とそれぞれ重なるように、当該光学フィルタの前記複数の通過波長帯が設定されたことを特徴とする請求項18又は19記載のシャッタ装置。 The light in the predetermined wavelength region of the incident light is composed of light in a plurality of discrete wavelength bands,
Each optical filter of the optical device has a bandpass characteristic having a plurality of discrete pass wavelength bands as the wavelength selection characteristic,
With respect to each optical filter of the optical device, the plurality of optical filters so that light in the plurality of wavelength bands of the incident light overlaps with the plurality of pass wavelength bands of the optical filter in the first state, respectively. The shutter device according to claim 18 or 19, wherein a passing wavelength band of is set.
前記基板は、前記入射光のうちの前記所定波長領域内の前記少なくとも一部の波長帯の光に対して透明であり、
前記入射光のうちの前記所定波長領域内の前記少なくとも一部の波長帯の光が前記基板を透過した後に前記光学デバイスの前記各光学フィルタに入射するか、あるいは、前記入射光のうちの前記所定波長領域内の前記少なくとも一部の波長帯の光が前記各光学フィルタを透過した後に前記基板を透過する、ことを特徴とする請求項18乃至21のいずれかに記載のシャッタ装置。 Each optical filter of the optical device is a transmissive optical filter,
The substrate is transparent to light of the at least some wavelength bands in the predetermined wavelength region of the incident light;
The light of the at least part of the wavelength band within the predetermined wavelength region of the incident light passes through the substrate and then enters the optical filter of the optical device, or the light of the incident light The shutter device according to any one of claims 18 to 21, wherein light in the at least part of a wavelength band within a predetermined wavelength region passes through the substrate after passing through the optical filters.
前記基板における前記入射光の入射側に、前記入射光の部分光束を前記光学フィルタに集光するマイクロレンズが形成されたことを特徴とする請求項22記載のシャッタ装置。 The light of the at least some of the incident light in the wavelength band passes through the substrate and then enters the optical filter of the optical device,
23. The shutter device according to claim 22, wherein a microlens for condensing a partial light beam of the incident light onto the optical filter is formed on the incident side of the incident light on the substrate.
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