JP4915092B2 - 可変フィルタ装置及び投射型表示装置 - Google Patents

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。

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。

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。

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。
特開平７−１６８１４７号公報

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

［第１の実施の形態］

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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、ＳｉＯ_２層とＮｂ_２Ｏ_５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。

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。

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ＳｉＯ_２膜からなる絶縁膜２０で覆われている。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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ＳｉＯ_２膜等からなる厚さ０．５μｍの絶縁膜２０を形成する（図６（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））。

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。

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。

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。

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、ＳｉＯ_２層とＮｂ_２Ｏ_２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））。

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））。

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））。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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ＳｉＯ_２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Ｎｂ_２Ｏ_５層であるものとした。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

［第２の実施形態］

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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ＳｉＯ_２膜からなる絶縁膜８０で覆われている。

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。

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。

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。

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。

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。

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ＳｉＯ_２膜等からなる厚さ０．５μｍの絶縁膜８０を形成する（図１６（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））。

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））。

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。

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））。

次いで、ＳｉＯ_２層とＮｂ_２Ｏ_２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））。

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））。

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））。

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。

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。

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。

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。

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。

［第３の実施の形態］

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

本発明の第１の実施の形態による投射型表示装置を示す概略構成図である。 図１中の光学デバイスを模式的に示す概略平面図である。 図２中の隣り合う２つの単位素子を模式的に示す概略平面図である。 図３中のＡ−Ａ’線に沿った概略断面図である。 図３中のＢ−Ｂ’線に沿った概略断面図である。 図１中の光学デバイスの製造方法の各工程をそれぞれ模式的に示す概略断面図である。 図６に示す工程に引き続く各工程を示す概略断面図である。 図７に示す工程に引き続く各工程を示す概略断面図である。 図１中の光学デバイスの特性を模式的に示す図である。 シミュレーションに用いた入射光作成用の光学フィルタの特性を示す図である。 シミュレーション結果の一例を示す図である。 シミュレーション結果の一例を示す他の図である。 シミュレーション結果の一例を示す更に他の図である。 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の隣り合う２つの単位素子を模式的に示す概略平面図である。 図１４中ののＣ−Ｃ’線に沿った概略断面図である。 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の製造方法の各工程をそれぞれ模式的に示す概略断面図である。 図１６に示す工程に引き続く各工程を示す概略断面図である。 図１７に示す工程に引き続く各工程を示す概略断面図である。 変形例における光学フィルタの特性を模式的に示す図である。 他の変形例における光学フィルタの特性を模式的に示す図である。 本発明の第３の実施の形態によるシャッタ装置を示す概略構成図である。 図２１中の光学デバイスの光学フィルタの特性を模式的に示す図である。 シミュレーション結果の一例を示す図である。 シミュレーション結果の一例を示す他の図である。 更に他の変形例における光学フィルタの特性を模式的に示す図である。

符号の説明

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

Claims (13)

1. 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、
   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、
   前記光学デバイスは、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、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、を有し、
   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し、
   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、
   ことを特徴とする可変フィルタ装置。
2. 前記所定波長領域が可視領域であることを特徴とする請求項２記載の可変フィルタ装置。
3. 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ことを特徴とする請求項１又は２記載の可変フィルタ装置。
4. 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ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の可変フィルタ装置。
5. 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ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の可変フィルタ装置。
6. 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ことを特徴とする請求項５記載の可変フィルタ装置。
7. 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、設定されたことを特徴とする請求項６記載の可変フィルタ装置。
8. 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ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の可変フィルタ装置。
9. 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ことを特徴とする請求項８記載の可変フィルタ装置。
10. 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ことを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の可変フィルタ装置。
11. 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、ことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載の可変フィルタ装置。
12. 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ことを特徴とする請求項１１記載の可変フィルタ装置。
13. 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１乃至１２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。

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