JP4379007B2

JP4379007B2 - 空間光変調装置及びプロジェクタ

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Publication number: JP4379007B2
Application number: JP2003162343A
Authority: JP
Inventors: 哲朗山▲崎▼; 政敏米窪; 高司武田
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2003-06-06
Filing date: 2003-06-06
Publication date: 2009-12-09
Anticipated expiration: 2023-06-06
Also published as: JP2004361822A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空間光変調装置及びプロジェクタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
空間光変調装置として、ティルトミラーデバイスを使用するものが知られている。ティルトミラーデバイスの代表例としてデジタルマイクロミラーデバイス（以下、「ＤＭＤ」という。）が挙げられる（例えば、特許文献１参照）。ＤＭＤは、液晶型の空間光変調装置に比較して以下の利点を有する。その利点は、（１）非偏光光学系を用いることができること、（２）開口率が高いこと、（３）像のコントラストが高いこと、（４）耐光性が高い結果、装置寿命が長いこと、（５）応答特性が速いため、動画特性が良好であること等である。このため、例えば、プロジェクタの空間光変調装置としてＤＭＤが広く使用されている。ＤＭＤでは、可動ミラー素子がＯＮ（投写される方向）となっている状態の時間である時間開口率を制御することで、画像の階調表現を行っている。そして、ＣＭＯＳ等のＩＣを使用して、可動ミラー素子を駆動する。
【０００３】
【特許文献１】
米国特許第５，８６７，２０２号明細書
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
例えば、画像を８ビット階調表現する場合、最大１フレームの表示時間の１／２５６以下の時間で可動ミラー素子のＯＮ・ＯＦＦをスイッチングする必要がある。また、１つの空間光変調装置を使用する単板式のプロジェクタの場合、いわゆる色割れと言われるカラーブレイクアップ現象を低減するために、１フレームの表示時間が短縮される傾向にある。
【０００５】
処理速度の速いＩＣ等を使用すれば、可動ミラー素子をさらに高速にスイッチングすることができる。しかしながら、高速なＩＣを使用すると装置全体のコストが高くなってしまう。また、可動ミラー素子のスイッチング時間のさらなる短縮化が進むと、単にＩＣを高速化することでは対応が困難である。このため、ＤＭＤの時間開口率を制御することでは、低コストで高速なスイッチングを行うことは困難であるという問題を生ずる。
【０００６】
本発明は、上述の問題点を解決するためになされたものであり、低コストで短時間に所定の階調表現を行うことができる空間光変調装置及びプロジェクタを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決し、目的を達成するために、本発明によれば、第１の反射位置と、第２の反射位置と、前記第１の反射位置と前記第２の反射位置との間の中間反射位置とを選択的に移動する複数の可動ミラー素子と、画像信号に応じた電圧を印加する第１の電極又は第２の電極とを有し、前記可動ミラー素子は、前記第１の反射位置のときに入射光を投写レンズの入射瞳へ略全て入射させる方向へ反射させ、前記第２の反射位置のときに前記入射光を前記投写レンズの前記入射瞳とは異なる方向へ反射させ、前記中間反射位置のときに前記入射光を画像信号に応じた光量が前記投写レンズの前記入射瞳に入射する方向へ反射させることを特徴とする空間光変調装置を提供できる。
【０００８】
これにより、可動ミラー素子の反射位置を、画像信号に応じた電圧により連続的（アナログ的）に制御できる。そして、可動ミラー素子の反射位置に応じて、投写レンズの入射瞳に入射する光量を連続的に制御できる。この結果、画像の１フレームの表示時間において、可動ミラー素子の１回の駆動、即ち１回の走査で任意の階調表現を行うことができる。従って、ＩＣの高速化を図ることなく容易に高速な画像表示ができる。
【０００９】
前記可動ミラー素子の第１の端部に対応した位置に前記第１の電極が設けられ、前記可動ミラー素子の第２の端部に対応した位置に前記第２の電極が設けられ、前記可動ミラー素子は、前記画像信号に応じた電圧により発生する力で前記第１の電極又は前記第２の電極の方向へ傾斜することにより、前記第１の反射位置、前記第２の反射位置、又は前記中間反射位置をとることが望ましい。従来のティルトミラーデバイスは、可動ミラー素子を駆動するために、例えば、磁気又は静電力などを用いる。このような従来のティルトミラーデバイスの場合、電極に所定値以上の電圧を印加すると、可動ミラー素子の端部と電極とが接触する、いわゆるプルイン（ｐｕｌｌｉｎ）現象が起こる。プルイン現象が起こる領域では、可動ミラー素子を制御できずに、常に可動ミラー素子が電極に接触してしまう。本態様では、このようなプルイン現象が生じないで、印加電圧に応じて可動ミラー素子を移動できる領域で可動ミラー素子を制御する。このためには、可動ミラー素子と、第１の電極又は第２の電極との間のギャップ間隔を従来のティルトミラーデバイスに比較して大きくする。これにより、１つの可動ミラー素子に画像信号に応じた電圧を１回印加するだけで所望の階調表現を得ることができる。
【００１０】
また、本発明の好ましい態様によれば、前記可動ミラー素子を移動可能に支持する支持部と、光学的に透明な透明電極と、前記透明電極上に設けられ、前記透明電極を透過した光の光量に応じて電気導電率が変化する導電率可変部とを有し、前記透明電極と前記第１の電極との間に所定電圧を印加する電源とを有し、前記第１の電極及び前記第２の電極は、前記導電率可変部上に設けられ、前記支持部は、前記可動ミラー素子と前記第１の電極とを同電位にする導電性を有する部材であり、前記第２の電極に対応する前記透明電極の位置へ入射する光量に応じて、前記第２の電極と、前記第１の電極と同電位の前記可動ミラー素子との間に所定の力が発生し、前記可動ミラー素子は、前記入射する光量に応じた前記所定の力により前記第２の電極の方向へ傾斜することで、前記第１の反射位置と、前記第２の反射位置と、前記中間反射位置とを選択的に移動することが望ましい。本態様の導電率可変部は、制御光が全く入射していない状態では、電気の導電率が略ゼロ、即ち絶縁体として機能する。これに対して、導電率可変部に制御光が入射すると、入射した光量に応じて電気の伝導率が大きくなる。これにより、可変ミラー素子へ入射させる制御光の光量に応じて所定の力、例えば、磁気又は静電力を発生させることができる。この結果、可変ミラー素子への制御光の連続的な強度変化に応じて、可動ミラー素子の反射位置を連続的に制御できる。なお、制御光量に応じて発生させる所定の力は、磁気又は静電力に代えて、圧電素子の伸縮による駆動力も可能である。以下、制御光で各可動ミラー素子を制御することを、「光アドレッシング」という。
【００１１】
また、本発明の好ましい態様によれば、前記第１の電極と、前記導電率可変部との間にさらに絶縁層を有することが望ましい。これにより、可動ミラー素子の第２の電極が形成されている領域を超えて制御光が照射された場合でも、透明電極と第１の電極との間は、所定の電圧に保つことができる。
【００１２】
また、本発明によれば、第１の反射位置と、第２の反射位置とを選択的に移動する複数の可動ミラー素子を有し、前記可動ミラー素子は、前記第１の反射位置のときに入射光を第１の方向へ反射し、前記第２の反射位置のときに前記入射光を前記第１の方向とは異なる第２の方向へ反射し、複数の前記可動ミラー素子で１つの画素ユニットを形成するように前記可動ミラー素子を配列し、さらに、複数の前記画素ユニットで１つの画像を形成するように前記可動ミラー素子を配列し、１つの前記画素ユニット内の複数の前記可動ミラー素子のうち、前記第１の反射位置の状態にある割合と、前記第２の反射位置の状態にある割合とにより前記画像の階調表現を行うことを特徴とする空間光変調装置を提供できる。
【００１３】
これにより、１つの画素ユニットを構成する複数の可動ミラー素子を、画像信号に応じて、前記第１の反射位置の状態にある割合と、前記第２の反射位置の状態にある割合とを制御する。この結果、画素ユニット内の可動ミラー素子が第１の反射位置又は第２の反射位置となっている面積比で階調を表現できる。この結果、時間開口率に依存せずに、高速に画像表示を行うことができる。
【００１４】
また、本発明の好ましい態様によれば、画像をｎビット（ｎは正の整数）で階調表現する場合、２ⁿ−１個の前記可動ミラー素子で１つの前記画素ユニットを形成するように前記可動ミラー素子を配列し、１つの前記画素ユニット内の２ⁿ−１個の前記可動ミラー素子のうち、前記第１の反射位置の状態にある割合と、前記第２の反射位置の状態にある割合とによりｎビットの階調表現を行うことが望ましい。これにより、１つの画素ユニット内の可動ミラー素子を１回制御するだけで、階調表現を行うことができる。
【００１５】
また、本発明の好ましい態様によれば、画像をｎビット（ｎは正の整数）で階調表現する場合、ｎ個の前記可動ミラー素子で１つの画素ユニットを形成するように前記可動ミラー素子を配列し、１つの前記画素ユニット内のｎ個の前記可動ミラー素子は、１つの前記画素ユニットの面積を基準とした時に各可動ミラー素子の反射面の面積比がそれぞれ略１／２^m（ｍ＝１〜ｎ）であることが望ましい。これにより、１つの画素ユニット内のｎ個の可動ミラー素子を１回制御するだけで、ｎビットの階調表現を行うことができる。
【００１６】
また、本発明の好ましい態様によれば、さらに、前記可動ミラー素子を移動可能に支持する支持部と、光学的に透明な透明電極と、前記透明電極上に設けられ、前記透明電極を透過した光の光量に応じて電気導電率が変化する導電率可変部とを有し、前記透明電極と前記第１の電極との間に所定電圧を印加する電源とを有し、前記支持部は、前記可動ミラー素子と前記第１の電極とを同電位にする導電性を有する部材であり、前記第１の電極及び前記第２の電極は、前記導電率可変部上に設けられ、前記第２の電極に対応する前記透明電極の位置への入射光に応じて、前記第２の電極と、前記第１の電極と同電位の前記可動ミラー素子との間に所定の力が発生し、前記可動ミラー素子は、前記入射光により発生した前記所定の力により前記第２の電極の方向へ傾斜することで、第１の反射位置と、第２の反射位置と、を選択的に移動することが望ましい。制御光で各可動ミラー素子を走査して、第１の反射位置と第２の反射位置とを選択する。これにより、光アドレッシングすることで容易に第１の反射位置にある可動ミラー素子と第２の反射位置にある可動ミラー素子との面積比による階調表現を行うことができる。
【００１７】
また、本発明の好ましい態様によれば、さらに、前記可動ミラー素子を移動可能に支持する支持部と、光学的に透明な透明電極と、前記透明電極上に設けられ、前記透明電極を透過した光の光量に応じて電気導電率が変化する導電率可変部と、前記透明電極と前記第１の電極との間に所定電圧を印加する電源とを有し、前記支持部は、前記可動ミラー素子と前記第１の電極とを同電位にする導電性を有する部材であり、前記第１の電極及び前記第２の電極は、前記導電率可変部上に設けられ、前記第２の電極に対応する前記透明電極の位置への入射光に応じて、前記第２の電極と、前記第１の電極と同電位の前記可動ミラー素子との間に所定の力が発生し、１つの前記画素ユニットに対して、所定の強度分布を有する光束を照射することで、前記可動ミラー素子は、前記光束の強度のうち閾値以上の強度の光に応じて発生した前記所定の力により前記第２の電極の方向へ傾斜することで、第１の反射位置と、第２の反射位置と、を選択的に移動することが望ましい。これにより、１つの画素ユニットに所定の強度分布を有する光束を１回照射することで、容易に第１の反射位置にある可動ミラー素子と第２の反射位置にある可動ミラー素子との面積比による階調表現を行うことができる。また、１つの画素ユニットに照射する光束としては、強度分布は一定で、かつ光束の断面形状の面積が画像の階調に比例している光束を用いることもできる。
【００１８】
また、本発明の好ましい態様によれば、前記可動ミラー素子の第１の端部に対応した位置に前記第１の電極が設けられ、前記可動ミラー素子の第２の端部に対応した位置に前記第２の電極が設けられ、前記可動ミラー素子は、前記画像信号に応じた電圧により発生する力で前記第１の電極又は前記第２の電極の方向へ傾斜することにより、前記第１の反射位置又は第２の反射位置となることが望ましい。これにより、従来の第１の反射位置と第２の反射位置との２値状態をとるティルトミラーデバイスを用いて、各可動ミラー素子に対して１回の電圧印加により第１の反射位置にある可動ミラー素子と第２の反射位置にある可動ミラー素子との面積比による階調表現を行うことができる。
【００１９】
また、本発明によれば、光を供給する光源部と、前記光源部からの光を画像信号に応じて変調する上述の空間光変調装置と、前記変調された光を投写する投写レンズと、を有することを特徴とするプロジェクタを提供できる。これにより、低コストで、短時間の１フレームにおいてカラーブレイクアップの低減された投写像を得ることができる。
【００２０】
また、本発明の好ましい態様によれば、前記光源部は、第１色光と、第２色光と、第３色光とを供給する固体発光素子であることが望ましい。これにより、より正確な色再現の投写像を得ることができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態を詳細に説明する。
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係るプロジェクタ１００の概略構成を示す図である。光源部１０１は、赤色光（以下、「Ｒ光」という。）、緑色光（以下、「Ｇ光」という。）、及び青色光（以下、「Ｂ光」という。）を供給する。また、光源部１０１は、複数の、Ｒ光用固体発光素子１０２ＲとＧ光用固体発光素子１０２ＧとＢ光用固体発光素子１０２Ｂとから構成される。固体発光素子としては、ＬＤやＬＥＤ等を用いることができる。なお、光源部１０１として有機ＥＬ素子等を用いても良い。
【００２２】
光源部１０１からの光は、照明レンズ１０３を介して空間光変調装置１０４に入射する。空間光変調装置１０４は、ティルトミラーデバイスで構成できる。ティルトミラーデバイスの詳細な構成は後述する。照明レンズ１０３は両凸形状の正単レンズで構成されている。照明レンズ１０３は、光源部１０１の像を、後述する投写レンズ１０５の入射瞳ＥＮＰの位置に形成させる。これにより、空間光変調装置１０４をケーラー照明することができる。空間光変調装置１０４は、光源部１０１からの光を映像信号に応じて変調して射出する。変調された光は投写レンズ１０５を介してスクリーン１０６に投写される。ここで、駆動制御部１０７は、光源部１０１、空間光変調装置１０４、制御用光源１０８及びガルバノミラー１０９の駆動制御を行う。この駆動制御の詳細については後述する。
【００２３】
次に、図２に基づいてティルトミラーデバイス２００の構成について説明する。光学的に透明な平行平板である硝子基板２０１上に、光学的に透明な透明電極２０２が形成されている。透明電極２０２は、ＩＴＯ膜で構成する。透明電極２０２上には、透明電極２０２を透過した制御光Ｌ１の光量に応じて電気導電率が変化する導電率可変部２０３が形成されている。導電率可変部２０３は、例えばアモルフォス・シリコン（以下、「ａ−Ｓｉ」という。）又は感光性有機膜などを用いることができる。例えば、ａ−Ｓｉは、水素を含んでいることが望ましい。また、ａ−Ｓｉは、気相成長法（ＣＶＤ法）により形成する。ａ−Ｓｉは、制御光Ｌ１が全く照射されていない状態では、電気的な導電率が略ゼロ（即ち抵抗値が略無限大）の絶縁体として機能する。これに対して、ａ−Ｓｉに制御光が照射されると、その光量に応じて導電率が大きくなる（即ち抵抗値が小さくなる）。導電率可変部２０３において導電率が変化する領域は、制御光Ｌ１が照射された領域である。厳密には、制御光Ｌ１の強度と、その照射時間とに比例して照射位置を中心として、導電率が変化する領域が周辺へ拡がる傾向がある。ここで、ティルトミラーデバイス２００の場合は、高速に制御光Ｌ１を走査して、順次、隣接するティルトミラーデバイス２００を制御する。このため、制御光Ｌ１が照射された領域近傍のみの導電率が変化するものとして扱う。
【００２４】
さらに、導電率可変部２０３上にスパッタ技術により絶縁層２０４が、導電率可変部２０３の略中央領域を除いた端部側の２箇所の位置に形成されている。絶縁層２０４として、ＳｉＯ₂やＳｉｎ用いることができる。２箇所の絶縁層２０４上にはそれぞれ第１の電極２０５が設けられている。これにより、後述する第２の電極２０８が形成されている領域を超えて光が照射された場合でも、透明電極２０２と第１の電極２０５との間は、所定の電圧に保つことができる。ここで、２箇所の第１の電極２０５どうしは、同電位となるように電気的に接続されている。なお、第１の電極２０５は、第２の電極２０８の周囲を囲むようにして一体的に形成することもできる。また、第２の電極２０８は、導電率可変部２０３上に直接設けられている。第１の電極２０５と第２の電極２０８とはアルミニゥム（Ａｌ）で構成できる。電源２０９は、透明電極２０２と第１の電極２０５との間に所定電圧を印加する。さらに、第１の電極２０５上には、可動ミラー素子２０７を移動可能に支持する柱状の支持部２０６が形成されている。支持部２０６は、可動ミラー素子２０７と第１の電極２０５とを同電位にする導電性を有する部材で構成されている。
【００２５】
上述の構成のティルトミラーデバイス２００を制御光Ｌ１で制御する内容を説明する。第２の電極２０８に対応する透明電極２０２の位置Ａへ制御光Ｌ１を入射させる。制御光Ｌ１は、図１に示すように、制御用光源１０８からのビーム光をガルバノミラー１０９で２次元平面（ｘｙ面内）で走査することで得られる。これにより、空間光変調装置１０４に配列されている任意のティルトミラーデバイス２００の位置へ制御光Ｌ１を正確に照射させることができる。図２に戻って、制御光Ｌ１が入射する光量に応じて、導電率可変部２０３の導電率が大きくなる。電源２０９の一方の電極（例えばマイナス側）は、透明電極２０２と導電率可変部２０３とを経由して第２の電極２０８と電気的に接続されている。また、電源２０９の他方の電極（例えばプラス側）は、第１の電極２０５と支持部２０６とを経由して可動ミラー素子２０７と電気的に接続されている。この状態で、導電率可変部２０３の導電率が変化すると、その変化量に応じた電位差が、第１の電極２０５と同電位の可動ミラー素子２０７と、第２の電極２０８との間に発生する。そして、電位差に応じた所定の力、例えば静電力（引力）が生ずる。このため、可動ミラー素子２０７は、入射する制御光Ｌ１の光量に応じた所定の力である静電力により第２の電極２０８の方向へ傾斜する。
【００２６】
このとき、制御光Ｌ１の光量が多くなれば、静電力も対応して多くなる。このため、制御光Ｌ１の光量を大きくする場合、又は制御光Ｌ１の照射時間を長くする場合に、可動ミラー素子２０７は、第２の電極２０８側へより大きく傾斜する。さらに、制御光Ｌ１を照射しない場合は、導電率可変部２０３は上述のように絶縁体として機能する、このため、可動ミラー素子２０７と第２の電極２０８との間には何ら力が発生しない。ここで、支持部２０６を導電性を有する可撓性部材、又は導電性を有する弾性部材（金属ばね等）で構成する。可動ミラー素子２０７と第２の電極２０８との間には何ら力が発生しない状態では、支持部２０６の復元力で、図２で示すような可動ミラー素子２０７が硝子基板２０１に対して水平となる位置へ戻る。これにより、可動ミラー素子２０７は、第１の反射位置と、第２の反射位置と、中間反射位置とを選択的に移動する。なお、電源２０９は、直流電源に限られない。
【００２７】
（第１の反射位置）
次に、可動ミラー素子２０７の各反射位置とスクリーン１０６への投写光量との関係を、図３、４、５を参照して説明する。図３は、可動ミラー素子２０７が第１の反射位置にある状態を示す。制御光Ｌ１をティルトミラーデバイス２００の硝子基板２０１側から照射する。そして、導電率可変部２０３を絶縁体の状態から導電率が大きくなる方向へ変化させる。制御光Ｌ１の強度に応じて、可動ミラー素子２０７と第２の電極２０８との間に発生している静電力が大きくなる。可動ミラー素子２０７は支持部２０６を中心として傾斜する。そして、可動ミラー素子２０７の支持部２０６が固着されている端部とは反対側の端部が、第１の電極２０５と当接する。この状態が可動ミラー素子２０７の第１の反射位置である。可動ミラー素子２０７は、第１の反射位置のときに光源部１０１からの入射光Ｌｉｎを投写レンズ１０５の入射瞳ＥＮＰへ略全て入射させる方向へ反射光Ｌｏｕｔとして反射させる。なお、可動ミラー素子２０７と、可動ミラー素子２０７が当接する第１の電極２０５とは同電位である。このため、可動ミラー素子２０７と、可動ミラー素子２０７が当接する第１の電極部２０５との間では通電又は帯電することはない。これにより、可動ミラー素子２０７が、第１の電極２０５に当接した状態でも第１の電極２０５との間では静電力が発生しない。この結果、可動ミラー素子２０７が第１の電極２０５に当接したときに、第１の電極２０５に当接したままの状態で制御できなくなる事態を回避できる。
【００２８】
（中間反射位置）
図４は、可動ミラー素子２０７が中間反射位置にある状態を示す。上述の第１の反射位置の場合と同様に、制御光Ｌ１の強度に応じて、可動ミラー素子２０７と第２の電極２０８との間に静電力が発生する。そして、可動ミラー素子２０７は支持部２０６を中心として傾斜する。このとき、可動ミラー素子２０７の支持部２０６が固着されている端部とは反対側の端部が、第１の電極２０５と所定間隔ｄ１となる位置で停止するような静電力を発生させる。この状態が可動ミラー素子２０７の中間反射位置である。可動ミラー素子２０７は、中間反射位置のときに光源部１０１からの入射光Ｌｉｎを、画像信号に応じた光量が投写レンズ１０５の入射瞳ＥＮＰに入射する方向へ反射光Ｌｏｕｔとして反射させる。
【００２９】
（第２の反射位置）
図５は、可動ミラー素子２０７が第２の反射位置にある状態を示す。制御光Ｌ１をティルトミラーデバイス２００対して照射しない。このとき、可動ミラー素子２０７と第２の電極２０８との間には何ら力が発生しない。そして、支持部２０６の復元力で、図５で示すような可動ミラー素子２０７が硝子基板２０１に対して水平となる位置へ戻る。この状態が可動ミラー素子２０７の第２の反射位置である。可動ミラー素子２０７は、第２の反射位置のときに光源部１０１からの入射光Ｌｉｎを投写レンズ１０５の入射瞳ＥＮＰとは異なる方向へ反射光Ｌｏｕｔとして反射させる。
【００３０】
ティルトミラーデバイス２００では、制御光Ｌ１の強度を画像信号に応じて制御することで、第１の電極２０５と第２の電極２０８との間に、画像信号に応じた電圧を印加することができる。これにより、可動ミラー素子２０７の反射位置を、制御光Ｌ１により画像信号に応じた電圧により連続的（アナログ的）に制御できる。そして、可動ミラー素子２０７の反射位置に応じて、投写レンズ１０５の入射瞳ＥＮＰに入射する光量を連続的に制御できる。この結果、画像の１フレームの表示時間において、可動ミラー素子２０７の１回の駆動、即ち１回の制御光Ｌ１の走査で任意の階調表現を行うことができる。従って、ＩＣの高速化を図ることなく容易に高速な画像表示ができる。なお、制御光Ｌ１の光量に応じて発生させる所定の力は、上述の静電力に代えて、磁気又は圧電素子の伸縮による駆動力も可能である。また、ティルトミラーデバイス２００の構成では、従来の駆動用ＩＣが不要となる。さらに、導電率可変部２０３よりも硝子基板２０１側の構造では、画素ごとの構造が不要となり、いわゆるベタな層を形成すれば良いため、製造工程、製造コストの効率化を図れる。加えて、画素構造が不要なため、導電率可変部２０３等をスピンコートするだけで良い。
【００３１】
（第１実施形態の変形例）
上記第１実施形態のティルトミラーデバイス２００の変形例を図６（ａ）、（ｂ）を参照して説明する。図６（ａ）は従来技術のティルトミラーデバイス６００を示し、図６（ｂ）は本変形例のティルトミラーデバイス６１０をそれぞれ示す。上記第１実施形態では、光アドレッシングにより可動ミラー素子２０７の反射位置を制御している。これに対して、本変形例では、従来技術と同様の駆動方式のティルトミラーデバイスを用いる。まず、図６（ａ）を用いて、従来技術のティルトミラーデバイス６００を説明する。可動ミラー素子６０１の第１の端部に対応した位置に第１の電極６０２が設けられ、可動ミラー素子６０１の第２の端部に対応した位置に第２の電極６０３が設けられている。そして、所定の電圧を、第１の電極６０２又は第２の電極６０３へ印加する。電圧に応じた静電力が、可動ミラー素子６０１と、第１の電極６０２又は第２の電極６０３との間のギャップ間隔ｄ２において生じる。ここで、従来技術のティルトミラーデバイス６００では、ギャップ間隔ｄ２が小さい。このため、上述のプルイン現象を生じないで可動ミラー素子６０１を制御できる領域が少ない。
【００３２】
これに対して、図６（ｂ）に示す本変形例のティルトミラーデバイス６１０では、可動ミラー素子６１１と、第１の電極６１２又は第２の電極６１３との間のギャップ間隔ｄ３が、図６（ａ）で示す従来技術におけるギャップ間隔ｄ２よりも大きい。これにより、画像信号に応じた電圧により発生する力で、可動ミラー素子６１１が第１の電極６１２又は第２の電極の方向へ傾斜する。これにより、第１の反射位置、第２の反射位置、又は中間反射位置をとることができる。上述したように、磁気又は静電力などを用いる従来のティルトミラーデバイスの場合、電極に所定値以上の電圧を印加すると、プルイン現象が発生する。本変形例では、プルイン現象が生じない領域で可動ミラー素子６１１を制御できる。これにより、１つの可動ミラー素子６１１に画像信号に応じた電圧を１度印加するだけで所望の階調表現を得ることができる。
【００３３】
（点灯タイミングチャート）
次に、図１に示す第１実施形態に係るプロジェクタ１００においてフルカラー映像を得るためのＲ光用発光素子１０２ＲとＧ光用発光素子１０２ＧとＢ光用発光素子１０２Ｂとを点灯させる時間とタイミングについて説明する。図７（ａ）、（ｂ）は、点灯時間とそのタイミングを示す図である。光源駆動部の機能も兼用する駆動制御部１０７は、Ｒ光用発光素子１０２ＲとＧ光用発光素子１０２ＧとＢ光用発光素子１０２Ｂとを順次切り換えて点灯させる。表示される映像の１フレーム内において各色発光素子の点灯時間を異ならせる。これにより、各色光の光束量を任意に設定できる。白色を得るためには、Ｇ光の光束量を全体の６０％から８０％程度にする必要がある。このため、図７（ａ）に示すように、Ｇ光用発光素子１０２Ｇの点灯時間ＧＴを、Ｒ光用発光素子１０２Ｒの点灯時間ＲＴとＢ光用発光素子１０２Ｂの点灯時間ＢＴよりも長くする。
【００３４】
次に、図７（ｂ）を用いて、光源部の点灯時間の変形例を説明する。Ｒ光用発光素子１０２ＲとＧ光用発光素子１０２ＧとＢ光用発光素子１０２Ｂとの数量がそれぞれ略同じ場合について考える。この場合、各色の光源部の空間的な広がりは略同程度である。しかしながら、上述のように白色を得るためには、Ｇ光の光束量を全体の６０％から８０％程度にする必要がある。このため、Ｇ光用発光素子１０２Ｇを他の発光素子よりも長く点灯させてＧ光の階調表現時間ＧＫを、Ｒ光階調表現時間ＲＫ及びＢ光階調表現時間ＢＫよりも長くする。ここで、階調表現時間とは、ティルトミラーデバイス２００が、画像信号に応じて各色光の強度（階調）を実現するために必要な時間期間である。
【００３５】
この場合、映像の階調をｎビット（ｎは正の整数）で表現すると、Ｇ光階調表現時間ＧＫの単位ビットの長さとＲ光又はＢ光の階調表現時間ＲＫ、ＢＫの単位ビットの長さとは異なる。また、駆動制御部１０７は、Ｇ光用発光素子１０２Ｇを駆動するときの駆動クロック信号の周波数と、Ｒ光用発光素子１０２Ｒ又はＢ光用発光素子１０２Ｂを駆動するときの駆動クロック信号の周波数とを異ならせることができる。さらに好ましくは、Ｇ光用光源駆動クロック信号と、Ｒ光、Ｂ光用光源駆動クロック信号とは、さらに両信号に共通の周波数の単位クロック信号を有することが望ましい。
【００３６】
（第２実施形態）
図８（ａ）、（ｂ）は、本発明の第２実施形態に係る空間光変調装置８００をスクリーン１０６側から見た図である。上記第１実施形態では、可動ミラー素子２０７の位置を連続的に制御して画像の階調表現を行っている。これに対して、本実施形態では、ティルトミラーデバイスは、中間反射位置をとらないで、第１の反射位置又は第２の反射位置のみをとるＯＮ・ＯＦＦの２値型のティルトミラーデバイスを用いる。そして、第１の反射位置又は第２の反射位置となる可動ミラー素子の面積を制御することで階調表現を行う。なお、ティルトミラーデバイスの構成は、第１実施形態において図２で示したものと同様である。ただし、制御光Ｌ１を照射すること、又は照射しないことの何れかにより可動ミラー素子８１０（図８（ｂ））を第１の反射位置（ＯＮ）又は第２の反射位置（ＯＦＦ）にのみ制御する点が異なる。このため、ティルトミラーデバイスに関して重複する説明は省略する。
【００３７】
（画素配列）
図８（ａ）は、空間光変調装置８００の変調面の一部をスクリーン１０６の方向から見た図である。１つの画素を形成する画素ユニット８０１が直交する格子状に複数配列されている。図８（ｂ）は、１つの画素ユニット８０１をさらに拡大して示す。１つの画素ユニット８０１は、可動ミラー素子８１０を有する複数のティルトミラーデバイスを配列することで構成されている。そして、１つの画素ユニット８０１内の複数の可動ミラー素子８１０のうち、第１の反射位置の状態にある割合と、第２の反射位置の状態にある割合とにより画像の階調表現を行う。図３と同様に、可動ミラー素子８１０が第１の反射位置（ＯＮの位置）のときは、反射光Ｌｏｕｔを第１の方向である投写レンズ１０５の入射瞳ＥＮＰに入射する方向へ反射する。これに対して、図５と同様に、可動ミラー素子８１０が第２の反射位置（ＯＦＦの位置）のときは、反射光Ｌｏｕｔを第２の方向である投写レンズ１０５の入射瞳ＥＮＰとは異なる方向へ反射する。図８（ｂ）において、第１の反射位置（ＯＮの位置）にある可動ミラー素子８１０を白色で、第２の反射位置（ＯＦＦの位置）にある可動ミラー素子８１０を黒色で塗って示す。
【００３８】
このように、１つの画素ユニット８０１を構成する複数の可動ミラー素子８１０を、画像信号に応じて、第１の反射位置の状態にある割合と、第２の反射位置の状態にある割合とを制御する。この結果、画素ユニット８０１内の可動ミラー素子が第１の反射位置又は第２の反射位置となっている面積比で階調を表現できる。この結果、時間開口率に依存せずに、高速に画像表示を行うことができる。
【００３９】
具体的には、画像をｎビット（ｎは正の整数）で階調表現する場合、２ⁿ−１個の可動ミラー素子８１０で１つの画素ユニット８０１を形成するように可動ミラー素子８１０を配列する。例えば、画像を８ビットで階調表現する場合、１つの画素ユニット８０１は、２５５（＝２⁸−１）個の可動ミラー素子８１０で構成する。画素ユニット８０１を正方形状とする場合は、可動ミラー素子８１０を１６×１６個の行列状に配列する。そして、１つの前記画素ユニット内の２５５個の前記可動ミラー素子のうち、前記第１の反射位置の状態にある割合と、前記第２の反射位置の状態にある割合とにより８ビットの階調表現を行う。可動ミラー素子８１０の２５５個の全てを第１の反射位置（ＯＮ）にすると、最大輝度の階調となる。これに対して、可動ミラー素子８１０の２５５個の全てを第２の反射位置（ＯＦＦ）にすると、最小輝度の階調となる。そして、可動ミラー素子８１０の第１の反射位置（ＯＮ）の割合と、第２の反射位置（ＯＦＦ）の割合とを制御することで、最小輝度と最大輝度との間の中間階調を表現できる。これにより、１つの画素ユニット８０１内の可動ミラー素子８１０を１回制御するだけで、階調表現を行うことができる。
【００４０】
（光アドレッシングによる駆動）
本実施形態のティルトミラーデバイスの制御方法は、上述したように上記第１実施形態で述べた光アドレッシングによりＯＮ又はＯＦＦの２値制御である。例えば、図８（ｂ）の点線で示すように、第１行ＬＮ１から制御光Ｌ１（図２）のビーム走査を開始する。そして、各ティルトミラーデバイスの位置において制御光Ｌ１を照射すること、又は照射しないことを選択的に行う。図２において説明したように、ティルトミラーデバイスに制御光Ｌ１を照射すると、可動ミラー素子８１０は第１の反射位置（ＯＮ）になる。また、ティルトミラーデバイスに制御光Ｌ１を照射しないと、可動ミラー素子８１０は第２の反射位置（ＯＦＦ）になる。第１行ＬＮ１の走査が終了すると、折り返して第１行ＬＮ１の時とは反対の方向へ第２行ＬＮ２のビーム走査を行う。以下、順次繰り返して、最終行である第１６行ＬＮ１６までビーム走査を行う。このように、画像を８ビットで階調表現する場合、１つの画素ユニットを１６回走査すれば良い。また、光アドレッシングによるティルトミラーデバイスに限られず、従来技術のＯＮ又はＯＦＦの２値を選択するＤＭＤを用いることもできる。
【００４１】
（第３実施形態）
図９（ａ）、（ｂ）は、本発明の第３実施形態に係る空間光変調装置９００をスクリーン１０６側から見た図である。本実施形態は、上記第２実施形態と同様にティルトミラーデバイスは、中間反射位置をとらないで、第１の反射位置又は第２の反射位置のみをとるＯＮ・ＯＦＦの２値型のティルトミラーデバイスを用いる。そして、第１の反射位置又は第２の反射位置となる面積の異なる可動ミラー素子を制御することで階調表現を行う。なお、ティルトミラーデバイスの構成は、第１実施形態において図２で示したものと同様である。ただし、制御光Ｌ１を照射すること、又は照射しないことの何れかにより可動ミラー素子９１０ａ〜９１０ｈ（図９（ｂ））を第１の反射位置（ＯＮ）又は第２の反射位置（ＯＦＦ）にのみ制御する点が異なる。このため、ティルトミラーデバイスに関して重複する説明は省略する。
【００４２】
（画素配列）
図９（ａ）は、空間光変調装置９００の変調面の一部をスクリーン１０６の方向から見た図である。１つの画素を形成する画素ユニット９０１が直交する格子状に複数配列されている。図９（ｂ）は、１つの画素ユニット９０１をさらに拡大して示す。画像をｎビット（ｎは正の整数）で階調表現する場合、ｎ個の可動ミラー素子で１つの画素ユニット９０１を形成するように可動ミラー素子を配列する。そして、１つの画素ユニット９０１内のｎ個の可動ミラー素子は、１つの画素ユニットの全体面積を基準とした時に各可動ミラー素子の反射面の面積比がそれぞれ略１／２^m（ｍ＝１〜ｎ）である。
【００４３】
具体的には、画像を８ビットで階調表現する場合、８個の可動ミラー素子９１０ａ、９１０ｂ、９１０ｃ、９１０ｄ、９１０ｅ、９１０ｆ、９１０ｇ、９１０ｈで１つの画素ユニット９０１を形成する。そして、１つの画素ユニット９０１の面積を基準（＝１）とする。このとき、各可動ミラー素子９１０ａ〜９１０ｈの反射面の面積比は、それぞれ略１／２、１／４、１／８、１／１６、１／３２、１／６４、１／１２８、１／２５６である。
【００４４】
可動ミラー素子９１０ａ〜９１０ｈの８個の全てを第１の反射位置（ＯＮ）にすると、最大輝度の階調となる。これに対して、可動ミラー素子９１０ａ〜９１０ｈの８個の全てを第２の反射位置（ＯＦＦ）にすると、最小輝度の階調となる。そして、可動ミラー素子９１０ａ〜９１０ｈのうち、第１の反射位置（ＯＮ）にある割合と、第２の反射位置（ＯＦＦ）の割合とを制御することで、最小輝度と最大輝度との間の中間階調を表現できる。これにより、１つの画素ユニット９０１内の可動ミラー素子９１０ａ〜９１０ｈを１回制御するだけで、階調表現を行うことができる。
【００４５】
（光アドレッシングによる駆動）
本実施形態のティルトミラーデバイスの制御方法は、上述したように上記第１実施形態で述べた光アドレッシングによりＯＮ又はＯＦＦの２値制御である。例えば、図９（ｂ）の点線で示すように、第１行ＬＮ１から制御光Ｌ１（図２）のビーム走査を開始する。そして、各ティルトミラーデバイスの位置において制御光Ｌ１を照射すること、又は照射しないことを選択的に行う。図２において説明したように、ティルトミラーデバイスに制御光Ｌ１を照射すると、可動ミラー素子９１０ａ〜９１０ｈは第１の反射位置（ＯＮ）になる。また、ティルトミラーデバイスに制御光Ｌ１を照射しないと、可動ミラー素子９１０ａ〜９１０ｈは第２の反射位置（ＯＦＦ）になる。第１行ＬＮ１の走査が終了すると、折り返して第１行ＬＮ１の時とは反対の方向へ第２行ＬＮ２のビーム走査を行う。以下、順次繰り返して、最終行である第５行ＬＮ５までビーム走査を行う。このように、画像を８ビットで階調表現する場合、１つの画素ユニットを５回走査すれば良い。本実施形態では、上記第２実施形態の１６回の走査に比較して５回の走査で良い。このため、画像の階調表示のさらなる高速化が可能となる。また、光アドレッシングによるティルトミラーデバイスに限られず、従来技術のＯＮ又はＯＦＦの２値を選択するＤＭＤを用いることもできる。
【００４６】
（第４実施形態）
図１０（ａ）、（ｂ）は、本発明の第４実施形態に係る空間光変調装置の１つの画素ユニット１０００をスクリーン１０６側から見た図である。本実施形態は、上記第２実施形態と同様にティルトミラーデバイスは、中間反射位置をとらないで、第１の反射位置又は第２の反射位置のみをとるＯＮ・ＯＦＦの２値型のティルトミラーデバイスを用いる。そして、第１の反射位置又は第２の反射位置となる可動ミラー素子の数を制御することで階調表現を行う。なお、ティルトミラーデバイスの構成は、第１実施形態において図２で示したものと同様である。ただし、所定の強度分布を有する制御光Ｌ１を照射することで可動ミラー素子１００１（図１０（ａ））を第１の反射位置（ＯＮ）又は第２の反射位置（ＯＦＦ）にのみ制御する点が異なる。このため、ティルトミラーデバイスに関して重複する説明は省略する。
【００４７】
本実施形態では、１つの画素ユニット１０００に対して２５５個のティルトミラーデバイスを配列している。そして、図１０（ｂ）に示すように、１つの画素ユニット１０００に対して、所定の強度分布を有する光束Ｉ１を照射する場合を考える。各ティルトミラーデバイスは、光束Ｉ１の強度のうち閾値Ｉｔｈ以上の強度の光に応じて発生した所定の力、例えば静電力により第２の電極２０８（図２）の方向へ傾斜することで、第１の反射位置と、第２の反射位置と、を選択的に移動する。これにより、図１０（ａ）の領域Ｉ１ａ内の可動ミラー素子１００１を第１の反射位置（ＯＮ）にできる。同様に、図１０（ｂ）に点線で示すような強度分布の光束Ｉ２を画素ユニット１０００に照射する場合を考える。この場合は、図１０（ａ）に示す領域Ｉ２ｂ内の可動ミラー素子１００１を第１の反射位置（ＯＮ）にできる。このように、光束の強度分布を制御することで、第１の反射位置（ＯＮ）となる可動ミラー素子１００１の数を制御できる。これにより、１つの画素ユニット１０００に所定の強度分布を有する光束を１回照射することで、容易に第１の反射位置にある可動ミラー素子１００１と第２の反射位置にある可動ミラー素子１００１との面積比による階調表現を行うことができる。光束の強度分布の制御は、例えば曲率半径を可変にできる凹面反射鏡で制御光束を反射させることや制御光束の光量を変化させることで可能となる。また、１つの画素ユニット１０００に照射する光束としては、強度分布は一定で、かつ光束の断面形状の面積が画像の階調に比例している光束を用いることもできる。この場合は、制御光束の断面形状、例えば４角形形状等の所望の形状に可変できる整形光学系を用いる。
【００４８】
上述したように、上記各実施形態のプロジェクタによれば、簡便な構成で画像の１フレームの表示時間を容易に短縮化して高速な画像表示を行うことができる。これにより、いわゆるカラーブレイクアップの低減された良好な投写像を得ることができる。なお、上記各実施形態のプロジェクタは、投写レンズ１０５の一方の空間側に各色固体発光素子１０２Ｒ、１０２Ｇ、１０２Ｂを配置している。しかしこれに限られず、例えば、Ｇ光用固体発光素子１０２Ｇを投写レンズ１０５の反対側の空間に設けるような両側照明の構成とすることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態にかかるプロジェクタの概略構成図。
【図２】第１実施形態におけるティルトミラーデバイスの概略構成図。
【図３】ティルトミラーデバイスの第１反射位置状態図。
【図４】ティルトミラーデバイスの中間位置状態図。
【図５】ティルトミラーデバイスの第２反射位置状態図。
【図６】第１実施形態の変形例のティルトミラーデバイスの概略構成図。
【図７】（ａ）、（ｂ）は点灯のタイミングチャート。
【図８】（ａ）、（ｂ）は第２実施形態におけるティルトミラーデバイスの説明図。
【図９】（ａ）、（ｂ）は第３実施形態におけるティルトミラーデバイスの説明図。
【図１０】（ａ）、（ｂ）は第４実施形態におけるティルトミラーデバイスの説明図。
【符号の説明】
１００プロジェクタ、１０１光源部、１０２ＲＲ光用固体発光素子、１０２ＧＧ光用固体発光素子、１０２ＢＢ光用固体発光素子、１０３照明レンズ、１０４空間光変調装置、１０５投写レンズ、１０６スクリーン、１０７駆動制御部、１０８制御用光源、１０９ガルバノミラー、２００ティルトミラーデバイス、２０１硝子基板、２０２透明電極、２０３導電率可変部、２０４絶縁層、２０５第１の電極、２０６支持部、２０７可動ミラー素子、２０８第２の電極、２０９電源、６００ティルトミラーデバイス、６０１可動ミラー素子、６０２第１の電極、６０３第２の電極、６１０ティルトミラーデバイス、６１１可動ミラー素子、６１２第１の電極、６１３第２の電極、８００空間光変調装置、８０１画素ユニット、８１０可動ミラー素子、９００空間光変調装置、９０１画素ユニット、９１０ａ〜９１０ｈ可動ミラー素子、１０００画素ユニット、１００１可動ミラー素子、ｄ１ギャップ間隔、ｄ２ギャップ間隔、ｄ３ギャップ間隔、ＥＮＰ入射瞳、Ｉ１光束、Ｉ１ａ領域、Ｉ２光束、Ｉ２ｂ領域、Ｉｔｈ閾値、Ｌ１制御光、Ｌｉｎ入射光、Ｌｏｕｔ反射光

Claims

第１の反射位置と、第２の反射位置と、前記第１の反射位置と前記第２の反射位置との間の中間反射位置とを選択的に移動する複数の可動ミラー素子と、
前記可動ミラー素子を移動可能に支持する支持部と、
光学的に透明な透明電極と、
前記透明電極上に設けられ、前記透明電極を透過した光の光量に応じて電気導電率が変化する導電率可変部と、
前記導電率可変部上に設けられた第１の電極と、
前記導電率可変部上に設けられた第２の電極と、
前記透明電極と前記第１の電極との間に所定電圧を印加する電源と、を有し
前記支持部は、前記可動ミラー素子と前記第１の電極とを同電位にする導電性を有する部材であり、
前記第２の電極に対応する前記透明電極の位置へ入射する光量に応じて、前記第２の電極と、前記第１の電極と同電位の前記可動ミラー素子との間に画像信号に応じた電圧が印加されることにより所定の力が発生し、
前記可動ミラー素子は、前記入射する光量に応じた前記所定の力により前記第２の電極の方向へ傾斜することで、前記第１の反射位置と、前記第２の反射位置と、前記中間反射位置とを選択的に移動させ、
前記可動ミラー素子は、前記第１の反射位置のときに入射光を投写レンズの入射瞳へ略全て入射させる方向へ反射させ、前記第２の反射位置のときに前記入射光を前記投写レンズの前記入射瞳とは異なる方向へ反射させ、前記中間反射位置のときに前記入射光を画像信号に応じた光量が前記投写レンズの前記入射瞳に入射する方向へ反射させ、
前記第１の電極と、前記導電率可変部との間に絶縁層を有し、
前記第１の電極は、前記導電率可変部上の端部又は周辺部に設けられ、
前記第２の電極は、前記導電率可変部上で、前記第１の電極が設けられていない略中央領域に設けられ、
前記絶縁層は、前記略中央領域を除いた領域に設けられることを特徴とする空間光変調装置
光を供給する光源部と、
前記光源部からの光を画像信号に応じて変調する請求項１に記載の空間光変調装置と、
前記変調された光を投写する投写レンズと、
を有することを特徴とするプロジェクタ。
前記光源部は、第１色光と、第２色光と、第３色光とを供給する固体発光素子であることを特徴とする請求項２に記載のプロジェクタ。