JPH0823500A - 空間光変調素子および該素子を用いた投影型表示装置 - Google Patents
空間光変調素子および該素子を用いた投影型表示装置Info
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- JPH0823500A JPH0823500A JP6158409A JP15840994A JPH0823500A JP H0823500 A JPH0823500 A JP H0823500A JP 6158409 A JP6158409 A JP 6158409A JP 15840994 A JP15840994 A JP 15840994A JP H0823500 A JPH0823500 A JP H0823500A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 高い解像力での多階調表示を、駆動系の負荷
を大きくすることなく行うことの出来るマイクロミラー
方式の空間光変調素子を提供する。 【構成】 電気信号に従って揺動可能な複数のミラーが
1つの画素に対して2次元的に配列され、該複数のミラ
ーの揺動状態を組み合せることにより、1つの画素につ
いて3値以上の値を出力する空間光変調素子において、
前記複数のミラーのうち、少なくとも2つは互いに異な
る値を出力するように構成されていることを特徴とす
る。
を大きくすることなく行うことの出来るマイクロミラー
方式の空間光変調素子を提供する。 【構成】 電気信号に従って揺動可能な複数のミラーが
1つの画素に対して2次元的に配列され、該複数のミラ
ーの揺動状態を組み合せることにより、1つの画素につ
いて3値以上の値を出力する空間光変調素子において、
前記複数のミラーのうち、少なくとも2つは互いに異な
る値を出力するように構成されていることを特徴とす
る。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、複数の単位素子からな
る空間光変調素子に関し、特に、変形可能なミラーを用
いて光の進行方向を変調する手段を用いた空間光変調素
子と該空間光変調素子を用いた投影装置に関する。
る空間光変調素子に関し、特に、変形可能なミラーを用
いて光の進行方向を変調する手段を用いた空間光変調素
子と該空間光変調素子を用いた投影装置に関する。
【0002】
【従来の技術】複数の単位素子からなる空間光変調素子
として、従来より特開昭61−129627号公報、特
開昭58−10714号公報および特公平3−7862
2号公報等に記載されるように、半導体微細加工技術を
用いたマイクロミラーにより光の進行方向を変調する空
間光変調素子が提案されている。また、これらの素子を
応用した投影型大画面表示装置も提案されている。
として、従来より特開昭61−129627号公報、特
開昭58−10714号公報および特公平3−7862
2号公報等に記載されるように、半導体微細加工技術を
用いたマイクロミラーにより光の進行方向を変調する空
間光変調素子が提案されている。また、これらの素子を
応用した投影型大画面表示装置も提案されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】複数の単位素子からな
る空間光変調素子を表示装置に応用する場合、特にテレ
ビジョン装置を構成する場合には階調表示(8ビット、
256階調程度)が不可欠である。しかし、本素子は基
本的に2値表示を行う素子であり、安定的に多階調表示
を行うことが困難であった。従って、複数の単位素子を
組合せてその面積比で階調を表現する面積変調方式、ま
たは単位素子に変調を掛ける時間幅で階調を表現するパ
ルス幅変調方式が多階調表示手段として考えられる。
る空間光変調素子を表示装置に応用する場合、特にテレ
ビジョン装置を構成する場合には階調表示(8ビット、
256階調程度)が不可欠である。しかし、本素子は基
本的に2値表示を行う素子であり、安定的に多階調表示
を行うことが困難であった。従って、複数の単位素子を
組合せてその面積比で階調を表現する面積変調方式、ま
たは単位素子に変調を掛ける時間幅で階調を表現するパ
ルス幅変調方式が多階調表示手段として考えられる。
【0004】まず、面積変調方式による多階調表示につ
いて述べる。例えば8ビット、256階調を表示する場
合には、2値表示の単位画素を256個まとめて1画素
とする必要があり、表示画像の空間解像力が著しく低下
してしまう。すなわち、16単位素子四方で一画素を表
すことになるので、1単位素子のサイズを10μm角と
すると、1画素の大きさは160μm角となり、幅3イ
ンチの空間光変調素子の場合には精々500画素程度の
解像力しか得られないという問題点がある。
いて述べる。例えば8ビット、256階調を表示する場
合には、2値表示の単位画素を256個まとめて1画素
とする必要があり、表示画像の空間解像力が著しく低下
してしまう。すなわち、16単位素子四方で一画素を表
すことになるので、1単位素子のサイズを10μm角と
すると、1画素の大きさは160μm角となり、幅3イ
ンチの空間光変調素子の場合には精々500画素程度の
解像力しか得られないという問題点がある。
【0005】次に、パルス幅変調方式による多階調表示
について述べる。面積変調方式の場合と同じく、8ビッ
ト、256階調を表示する場合、フレーム数30Hzを
走査するためには、130μs(=1/30/256)
内に1画面走査を行う必要がある。例えば、走査線数が
1000本の表示系においては1走査線の走査時間は
0.13μs以内になる。
について述べる。面積変調方式の場合と同じく、8ビッ
ト、256階調を表示する場合、フレーム数30Hzを
走査するためには、130μs(=1/30/256)
内に1画面走査を行う必要がある。例えば、走査線数が
1000本の表示系においては1走査線の走査時間は
0.13μs以内になる。
【0006】また、1走査線分のデータを転送するのに
必要なシフトレジスタの転送は、1走査線分の画素数が
2000個の場合、1サイクル当たりのシフト時間は
0.06ns以内になる。従って、シフトレジスタの駆
動周波数は約16GHzとなり、駆動系の負荷が非常に
大きくなるという問題点がある。
必要なシフトレジスタの転送は、1走査線分の画素数が
2000個の場合、1サイクル当たりのシフト時間は
0.06ns以内になる。従って、シフトレジスタの駆
動周波数は約16GHzとなり、駆動系の負荷が非常に
大きくなるという問題点がある。
【0007】本発明は、上述したような従来の技術が有
する問題点に鑑みてなされたものであって、高い解像力
での多階調表示を、駆動系の負荷を大きくすることなく
行うことの出来るマイクロミラー方式の空間光変調素子
を提供することを目的とする。
する問題点に鑑みてなされたものであって、高い解像力
での多階調表示を、駆動系の負荷を大きくすることなく
行うことの出来るマイクロミラー方式の空間光変調素子
を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明の空間光変調素子
は、電気信号に従って揺動可能な複数のミラーが1つの
画素に対して2次元的に配列され、該複数のミラーの揺
動状態を組み合せることにより、1つの画素について3
値以上の値を出力する空間光変調素子において、前記複
数のミラーのうち、少なくとも2つは互いに異なる値を
出力するように構成されていることを特徴とする。
は、電気信号に従って揺動可能な複数のミラーが1つの
画素に対して2次元的に配列され、該複数のミラーの揺
動状態を組み合せることにより、1つの画素について3
値以上の値を出力する空間光変調素子において、前記複
数のミラーのうち、少なくとも2つは互いに異なる値を
出力するように構成されていることを特徴とする。
【0009】この場合、前記複数のミラーの互いの出力
値が等比級数的であるミラーの組合せを含むものであっ
てもよい。
値が等比級数的であるミラーの組合せを含むものであっ
てもよい。
【0010】さらに、前記複数のミラーのうち、少なく
とも一つは3値以上の値を出力してもよい。
とも一つは3値以上の値を出力してもよい。
【0011】3値以上の値を出力するミラーは、前記複
数のミラーのうち、その最大出力値の最も小さなミラー
であってもよい。
数のミラーのうち、その最大出力値の最も小さなミラー
であってもよい。
【0012】上記の3値以上の値を出力するミラーはパ
ルス幅変調方式により駆動されてもよい。
ルス幅変調方式により駆動されてもよい。
【0013】また、3値以上の値を出力するミラーはア
ナログ変調方式により駆動されてもよい。
ナログ変調方式により駆動されてもよい。
【0014】本発明の投影型表示装置は、上述したよう
な空間光変調素子を用いて画像を投影することを特徴と
する。
な空間光変調素子を用いて画像を投影することを特徴と
する。
【0015】
【作用】本発明では、素子中の一画素に相当する部分を
複数のミラーおよび各ミラーの駆動部で構成し、しかも
上記複数のミラーの少なくとも一部については、その面
積が互いに異なる様に構成することにより、一画素に相
当する素子部分の駆動方法を複雑にすることなく、面積
階調表示を行うことが出来る。特に、上記ミラーの面積
比を等比級数的に構成することにより、最も少ないミラ
ー数で一画素を構成出来る。
複数のミラーおよび各ミラーの駆動部で構成し、しかも
上記複数のミラーの少なくとも一部については、その面
積が互いに異なる様に構成することにより、一画素に相
当する素子部分の駆動方法を複雑にすることなく、面積
階調表示を行うことが出来る。特に、上記ミラーの面積
比を等比級数的に構成することにより、最も少ないミラ
ー数で一画素を構成出来る。
【0016】さらに、本面積階調表示素子をパルス幅変
調方式と組み合わせることにより、さらに少ないミラー
数で一画素を構成出来る。特に、最も面積の小さなミラ
ーをパルス幅変調駆動することにより、その効果は最も
大きくなる。
調方式と組み合わせることにより、さらに少ないミラー
数で一画素を構成出来る。特に、最も面積の小さなミラ
ーをパルス幅変調駆動することにより、その効果は最も
大きくなる。
【0017】また、上記複数のミラーのうち、少なくと
も二つはアナログ的な変調を出来る素子で構成すること
により、一画素に必要なミラー数をより少なくすること
が出来る。特に、最も面積の小さなミラーをアナログ変
調素子で構成することにより、その効果は最も大きくな
る。
も二つはアナログ的な変調を出来る素子で構成すること
により、一画素に必要なミラー数をより少なくすること
が出来る。特に、最も面積の小さなミラーをアナログ変
調素子で構成することにより、その効果は最も大きくな
る。
【0018】上記複数のミラーのうち、相対的に面積の
大きなミラーは多階調のうち上位のピット値に対応し
て、また相対的に面積の小さいミラーは下位のビット値
に対応して駆動することにより、必要なビット数と同程
度のミラー数によって一画素の値を表現できる。
大きなミラーは多階調のうち上位のピット値に対応し
て、また相対的に面積の小さいミラーは下位のビット値
に対応して駆動することにより、必要なビット数と同程
度のミラー数によって一画素の値を表現できる。
【0019】さらに、最小の面積を持つミラーに対して
パルス巾変調駆動、アナログ変調駆動等を行い、下位の
数ビットを表現することにより素子の駆動周波数を最も
小さく出来る。
パルス巾変調駆動、アナログ変調駆動等を行い、下位の
数ビットを表現することにより素子の駆動周波数を最も
小さく出来る。
【0020】
【実施例】図1は本発明の実施例をなす投影型大画面表
示装置の概略構成を示したものである。キセノンランプ
等からなる光源101の発光光は、照明系102により
集光され、本発明の空間光変調素子103を照明する。
空間光変調素子103からの反射光は、結像光学系10
4により、表示スクリーン105に向けて拡大投影され
る。
示装置の概略構成を示したものである。キセノンランプ
等からなる光源101の発光光は、照明系102により
集光され、本発明の空間光変調素子103を照明する。
空間光変調素子103からの反射光は、結像光学系10
4により、表示スクリーン105に向けて拡大投影され
る。
【0021】図2は図1に示した空間光変調素子103
の一部を拡大して示す斜視図であり、図3は照明される
側から見たの平面図である。
の一部を拡大して示す斜視図であり、図3は照明される
側から見たの平面図である。
【0022】空間光変調素子103は、図2および図3
に示すように、縦方向および横方向に複数列を成すマト
リックス状の画素配置を有するもので、図中点線で囲ま
れた1画素領域201が本素子において表示する1画素
を形成する部分である。1画素領域201は、図3に示
すように、さらに、6個の素子201a、201b、2
01c、201d、201e、201fから構成されて
いる。素子202a〜202fは各々斜線で示されるミ
ラー部分203a〜203fの面積が一様ではなく、2
03aから順に、面積比(7/8):1:2:4:8:
16となるように形成されている。
に示すように、縦方向および横方向に複数列を成すマト
リックス状の画素配置を有するもので、図中点線で囲ま
れた1画素領域201が本素子において表示する1画素
を形成する部分である。1画素領域201は、図3に示
すように、さらに、6個の素子201a、201b、2
01c、201d、201e、201fから構成されて
いる。素子202a〜202fは各々斜線で示されるミ
ラー部分203a〜203fの面積が一様ではなく、2
03aから順に、面積比(7/8):1:2:4:8:
16となるように形成されている。
【0023】上記の各ミラー部分203a〜203f
は、その下部に空気層を有するはりを成しており、各々
二つの丁番部分204a〜204fおよび205a〜2
05fにより、空間光変調素子103の基板部分と接続
されている。はりを成す各ミラー部分203は、空気層
を介してその下部に形成された電極と対をなす電極部を
兼ねており、入力信号に応じて印加される電圧により、
はりの両端部に接続された捩れ丁番部を支持軸とした撓
みが生じる。この撓みにより、照明光の反射方向が変わ
るので、結像光学系104に向かう光と、それからはず
れて遮光部(不図示)で避断される光を選択的に生成で
きる。
は、その下部に空気層を有するはりを成しており、各々
二つの丁番部分204a〜204fおよび205a〜2
05fにより、空間光変調素子103の基板部分と接続
されている。はりを成す各ミラー部分203は、空気層
を介してその下部に形成された電極と対をなす電極部を
兼ねており、入力信号に応じて印加される電圧により、
はりの両端部に接続された捩れ丁番部を支持軸とした撓
みが生じる。この撓みにより、照明光の反射方向が変わ
るので、結像光学系104に向かう光と、それからはず
れて遮光部(不図示)で避断される光を選択的に生成で
きる。
【0024】空間光変調素子103上には、上記素子部
以外に各素子を駆動するための縦および横方向のドライ
バ210、211が形成される。
以外に各素子を駆動するための縦および横方向のドライ
バ210、211が形成される。
【0025】6個の素子群202a〜202fはいずれ
も二つの安定な撓み状態を持っており、そのいずれかに
おいて結像光学系104に光を向けることが出来る。各
素子は特願平1−64897に記載される実施例のもの
と基本的には同等の構造、および作動原理を有するもの
であり、ここでは以下にその概略を示すに留める。
も二つの安定な撓み状態を持っており、そのいずれかに
おいて結像光学系104に光を向けることが出来る。各
素子は特願平1−64897に記載される実施例のもの
と基本的には同等の構造、および作動原理を有するもの
であり、ここでは以下にその概略を示すに留める。
【0026】図4ないし図6のそれぞれは各素子の詳細
な構造を示したものであり、図4は斜視図、図5は平面
図、図6は図5中のA−A断面図である。
な構造を示したものであり、図4は斜視図、図5は平面
図、図6は図5中のA−A断面図である。
【0027】図4に示すように、各素子501は、基本
的に浅い井戸を覆うはり(フラップ)状に形成されるも
のであり、シリコン基板502、絶縁スペーサ504、
金属丁番層506、金属はり層508、金属丁板層50
6および金属はり層508に形成されたはり510、お
よび、はり510に形成されるプラズマ・エッチ・アク
セス孔512を含むものである。
的に浅い井戸を覆うはり(フラップ)状に形成されるも
のであり、シリコン基板502、絶縁スペーサ504、
金属丁番層506、金属はり層508、金属丁板層50
6および金属はり層508に形成されたはり510、お
よび、はり510に形成されるプラズマ・エッチ・アク
セス孔512を含むものである。
【0028】金属丁番層506のうち、金属はり層50
8に覆われていない部分が、はり510をスペーサ50
4によって支持された金属丁板層506および金属はり
層508の部分に取り付ける捩れ丁番(トーション・ロ
ッド)514、516を形成する。
8に覆われていない部分が、はり510をスペーサ50
4によって支持された金属丁板層506および金属はり
層508の部分に取り付ける捩れ丁番(トーション・ロ
ッド)514、516を形成する。
【0029】電極520、522、526、521が絶
縁スペーサ504および基板502の間を延びていて、
二酸化シリコン層524によって基板から隔離されてい
る。
縁スペーサ504および基板502の間を延びていて、
二酸化シリコン層524によって基板から隔離されてい
る。
【0030】各素子は、金属層と基板上の電極の間に電
圧を印加することによって動作する。はりおよび電極が
空隙キャパシタの2つの極板を形成し、印加された電圧
によって2つの極板に誘起された反対の電荷が、はりを
基板に引き寄せる静電気を加え、これに対して電極はは
りと同じ電圧に保たれる。この引力により、はりは丁番
のところで捩れ、基板に向かって撓む。
圧を印加することによって動作する。はりおよび電極が
空隙キャパシタの2つの極板を形成し、印加された電圧
によって2つの極板に誘起された反対の電荷が、はりを
基板に引き寄せる静電気を加え、これに対して電極はは
りと同じ電圧に保たれる。この引力により、はりは丁番
のところで捩れ、基板に向かって撓む。
【0031】各素子は、電気的に撮れはり508に接続
されたランディング電極520、521によって、はり
508の先端部がランディング電極520または521
に当たり、はりをアドレス電極522、526から離れ
た状態を保つ。従って、はり508とアドレス電極52
2、526の接触により起こる破壊的現象を防止し、か
つ、はり508の撓み角を安定かつ一定に保つことが出
来る。
されたランディング電極520、521によって、はり
508の先端部がランディング電極520または521
に当たり、はりをアドレス電極522、526から離れ
た状態を保つ。従って、はり508とアドレス電極52
2、526の接触により起こる破壊的現象を防止し、か
つ、はり508の撓み角を安定かつ一定に保つことが出
来る。
【0032】上記6個の素子のうち、特に、最も面積の
小さな素子である素子202aは、後述するようにその
撓みを持たせる時間を離散的に選択することによってパ
ルス幅変調による8値の表示を行う。この8値および等
比的な面積比を持つ他の5素子202b〜202fを組
合せることにより、1画素当たり8ビット、256階調
の多階調表現が出来る。
小さな素子である素子202aは、後述するようにその
撓みを持たせる時間を離散的に選択することによってパ
ルス幅変調による8値の表示を行う。この8値および等
比的な面積比を持つ他の5素子202b〜202fを組
合せることにより、1画素当たり8ビット、256階調
の多階調表現が出来る。
【0033】以下に、各階調値を表現するための組合せ
を示す。表示したい階調値をV(0〜255)とすると
6個の各素子は、 素子202a:Vを8で割った剰余値 素子202b:Vを8で割った数値(整数部)が奇数な
ら1、偶数なら0 素子202c:Vを16で割った数値(整数部)が奇数
なら1、偶数なら0 素子202d:Vを32で割った数値(整数部)が奇数
なら1、偶数なら0 素子202e:Vを64で割った数値(整数部)が奇数
なら1、偶数なら0 素子202f:Vを128で割った数値(整数部) で求まる値に従って駆動される。
を示す。表示したい階調値をV(0〜255)とすると
6個の各素子は、 素子202a:Vを8で割った剰余値 素子202b:Vを8で割った数値(整数部)が奇数な
ら1、偶数なら0 素子202c:Vを16で割った数値(整数部)が奇数
なら1、偶数なら0 素子202d:Vを32で割った数値(整数部)が奇数
なら1、偶数なら0 素子202e:Vを64で割った数値(整数部)が奇数
なら1、偶数なら0 素子202f:Vを128で割った数値(整数部) で求まる値に従って駆動される。
【0034】図7は空間光変調素子103およびその周
辺駆動部の概略構成を示したものである。シフトレジス
タ301は空間光変調素子103の横方向の画素数に相
当する段数を持つビットシフトレジスタである。また、
縦方向には縦方向の画素数の6倍の数に対応した仮想走
査線セレクタ302が設けられている。図7中、mは横
方向のm番目の画素を示し、na〜nfのそれぞれは、
縦方向のn番目の画素内の6つの素子202a〜202
fに各々対応している。
辺駆動部の概略構成を示したものである。シフトレジス
タ301は空間光変調素子103の横方向の画素数に相
当する段数を持つビットシフトレジスタである。また、
縦方向には縦方向の画素数の6倍の数に対応した仮想走
査線セレクタ302が設けられている。図7中、mは横
方向のm番目の画素を示し、na〜nfのそれぞれは、
縦方向のn番目の画素内の6つの素子202a〜202
fに各々対応している。
【0035】図8は空間光変調素子103を駆動する駆
動信号のタイミングチャートを示したものである。図8
のタイミングチャートは、説明を簡単にするためにブラ
ンキング期間は省略して示したので、実際にはこれらの
時間を考慮して考えれば良い。本実施例では、フレーム
数60Hz、ノンインターレース表示(60フィール
ド)、走査線数(縦画素数)500本、横画素数750
本の場合について示す(EDTVレベル相当)。
動信号のタイミングチャートを示したものである。図8
のタイミングチャートは、説明を簡単にするためにブラ
ンキング期間は省略して示したので、実際にはこれらの
時間を考慮して考えれば良い。本実施例では、フレーム
数60Hz、ノンインターレース表示(60フィール
ド)、走査線数(縦画素数)500本、横画素数750
本の場合について示す(EDTVレベル相当)。
【0036】図8(a)に示すように、16.6msの
1フィールド期間が14等分に時分割する(番号0〜1
3の領域、各1.185ms)。図8(b)に示すよう
に、14等分に時分割されたフィールド期間のうち、偶
数番目の時分割領域は素子202a群に対する信号書込
みに割り当てる。
1フィールド期間が14等分に時分割する(番号0〜1
3の領域、各1.185ms)。図8(b)に示すよう
に、14等分に時分割されたフィールド期間のうち、偶
数番目の時分割領域は素子202a群に対する信号書込
みに割り当てる。
【0037】一方、図8(c)に示すように、奇数番目
の時分割領域のうち、5つを素子202b群〜202f
群に対する信号書込みに割り当てられる。各時分割領域
で行なわれる1フィールド分の信号書込みは、ほば共通
のフォーマットに従うので、代表として素子202b群
に対する書込み方法を述べる。
の時分割領域のうち、5つを素子202b群〜202f
群に対する信号書込みに割り当てられる。各時分割領域
で行なわれる1フィールド分の信号書込みは、ほば共通
のフォーマットに従うので、代表として素子202b群
に対する書込み方法を述べる。
【0038】素子202b群は空間光変調素子103上
に約38万個(縦500×横750)のミラー素子を有
しており、時分割領域1が信号書込みに割り当てられ
る。図8(d)は領域1を拡大して示したものであり、
ノンインタレース表示なので時分割領域1をさらに50
0等分した2.371μsが1ライン分の書込みに割り
当てられる。例えば、第n画素(第n走査線)の1ライ
ン分の202b群に対する信号はシフトレジスタ301
上に転送された後、仮想走査線セレクタ302で第nb
走査線をセレクトすると同時に信号線上に出力される。
従って、素子202b群の各素子に対する書込みは約
2.5μs以内に終了しなければならない。また、シフ
トレジスタの転送周波数は約300MHz必要になる。
に約38万個(縦500×横750)のミラー素子を有
しており、時分割領域1が信号書込みに割り当てられ
る。図8(d)は領域1を拡大して示したものであり、
ノンインタレース表示なので時分割領域1をさらに50
0等分した2.371μsが1ライン分の書込みに割り
当てられる。例えば、第n画素(第n走査線)の1ライ
ン分の202b群に対する信号はシフトレジスタ301
上に転送された後、仮想走査線セレクタ302で第nb
走査線をセレクトすると同時に信号線上に出力される。
従って、素子202b群の各素子に対する書込みは約
2.5μs以内に終了しなければならない。また、シフ
トレジスタの転送周波数は約300MHz必要になる。
【0039】上記の条件は画面分割駆動を行うことによ
って緩和することもできる。例えば縦方向に4分割すれ
ば、素子202b群の各素子への書込みは約10μs以
内に緩和されるし、また、各セグメントに対応して設け
られるシフトレジスタは約75MHzで駆動すれば良
い。マイクロミラー部の応答速度、およびシフトレジス
タなどの応答速度を考慮すると、これらにより素子応答
性に対する負荷が軽減され、さらに実現が容易となる。
って緩和することもできる。例えば縦方向に4分割すれ
ば、素子202b群の各素子への書込みは約10μs以
内に緩和されるし、また、各セグメントに対応して設け
られるシフトレジスタは約75MHzで駆動すれば良
い。マイクロミラー部の応答速度、およびシフトレジス
タなどの応答速度を考慮すると、これらにより素子応答
性に対する負荷が軽減され、さらに実現が容易となる。
【0040】各素子のマイクロミラー部の電極への電圧
印加は各素子部に1個ずつ設けられたトランジスタを通
じて行なわれる。従って、書込み動作が終わった後、次
の書込みが行なわれる迄の1フレ一ム時間の間、印加電
圧を保つことが出来るので書込み状態が保持される。
印加は各素子部に1個ずつ設けられたトランジスタを通
じて行なわれる。従って、書込み動作が終わった後、次
の書込みが行なわれる迄の1フレ一ム時間の間、印加電
圧を保つことが出来るので書込み状態が保持される。
【0041】以上のようにして、素子202b群への信
号書込みが時分割領域1の間に完了する。同様にして、
素子202c〜202f群についての時分割領域3、
5、7、9、11の間に各々信号書込みが行なわれる。
なお、本実施例では時分割領城13を書込みに用いなか
ったが、上記素子202b〜202fへの書込み処理の
一部をこの時間に割り当てることで素子の駆動周波数を
さらに低く押えることも出来る。
号書込みが時分割領域1の間に完了する。同様にして、
素子202c〜202f群についての時分割領域3、
5、7、9、11の間に各々信号書込みが行なわれる。
なお、本実施例では時分割領城13を書込みに用いなか
ったが、上記素子202b〜202fへの書込み処理の
一部をこの時間に割り当てることで素子の駆動周波数を
さらに低く押えることも出来る。
【0042】次に、素子202a群に対するパルス幅変
調書込み方法について説明する。まず、時分割領域0に
おいてパルス幅が0の画素以外はすべてon信号を書き
込む。次に、それ以降の偶数番目の時分割領域で各画素
のパルス幅に応じてoff信号を書込む。
調書込み方法について説明する。まず、時分割領域0に
おいてパルス幅が0の画素以外はすべてon信号を書き
込む。次に、それ以降の偶数番目の時分割領域で各画素
のパルス幅に応じてoff信号を書込む。
【0043】例えば、パルス幅信号が3の時には時分割
領域2、4ではon信号、時分割領域6、8、10、1
2ではoff信号を書き込めばよい。各時分割領域内で
の詳しい動作は素子202b群について説明したものと
同様である。
領域2、4ではon信号、時分割領域6、8、10、1
2ではoff信号を書き込めばよい。各時分割領域内で
の詳しい動作は素子202b群について説明したものと
同様である。
【0044】以上の方法で空間光変調素子102の駆動
が行なわれる。例えば或る画素の画像信号値が187だ
とすると、素子202a〜202fの各々はa(on;
3/8値)、b(on)、c(on)、d(on)、e
(off)、f(on)の様に駆動すれば良い。
が行なわれる。例えば或る画素の画像信号値が187だ
とすると、素子202a〜202fの各々はa(on;
3/8値)、b(on)、c(on)、d(on)、e
(off)、f(on)の様に駆動すれば良い。
【0045】本実施例は、ノンインタレース表示の場合
で示したが、インタレース表示の場合にも本発明は適用
できる。この場合、パルス幅変調を行う素子202a群
については1フィールド毎ではなく、フレーム単位で変
調を行えばよい。
で示したが、インタレース表示の場合にも本発明は適用
できる。この場合、パルス幅変調を行う素子202a群
については1フィールド毎ではなく、フレーム単位で変
調を行えばよい。
【0046】本実施例の効果としては、まず、単純にパ
ルス幅変調を行う場合に比べ、最も小さなミラーを有す
る素子にのみパルス幅変調を行うことにより(本実施例
では8値)、必要な駆動周波数を少なくとも二桁小さく
出来る。
ルス幅変調を行う場合に比べ、最も小さなミラーを有す
る素子にのみパルス幅変調を行うことにより(本実施例
では8値)、必要な駆動周波数を少なくとも二桁小さく
出来る。
【0047】特に、画面分割駆動を加えることで、より
実現性の高い空間光変調素子となる。また、同じミラー
面積の複数の素子を用いて面積変調を行う場合に比べ、
ミラーの面積比を等比とすることにより、必要な画素面
積を少なくとも1/8程度に小さく出来、水平垂直共解
像力は約3倍に向上する。すなわち、本実施例により必
要な階調数を実現するための、駆動周波数の低減と解像
力の向上を同時に実現できる。
実現性の高い空間光変調素子となる。また、同じミラー
面積の複数の素子を用いて面積変調を行う場合に比べ、
ミラーの面積比を等比とすることにより、必要な画素面
積を少なくとも1/8程度に小さく出来、水平垂直共解
像力は約3倍に向上する。すなわち、本実施例により必
要な階調数を実現するための、駆動周波数の低減と解像
力の向上を同時に実現できる。
【0048】また、本実施例のさらなる効果としては、
パルス幅変調を下位ビットにのみ適用することにより、
コントラストの高い60Hzのon・off信号の発生
を回避できることにある。これにより、パルス幅変調方
法で生じやすいフリッカー現象を大幅に軽減できる。
パルス幅変調を下位ビットにのみ適用することにより、
コントラストの高い60Hzのon・off信号の発生
を回避できることにある。これにより、パルス幅変調方
法で生じやすいフリッカー現象を大幅に軽減できる。
【0049】ここで、本実施例の駆動条件が最適である
ことを簡単な評価値を用いて説明しておく。表1は1画
素をなす素子のうち、最も面積の小さい素子についての
みパルス幅変調を行い、他は2値駆動を行う堀合の必要
画素面積および、このときに必要な駆動のための時分割
数を示したものである。また、表2は1画素をなす素子
のうち、複数についてパルス幅変調を行う場合の必要画
素面積および、この時に必要な駆動のための時分割数を
示したものである。表1、2を比較して分かるように、
パルス幅変調による階調数が等しい場合、必要な画素面
積はほぼ等しいが、必要な時分割数は表1に示した場合
の方が少なくて済むことが分かる。従って、駆動周波数
を低減するためには、最も小さい面積のミラーにのみパ
ルス幅変調を行う方法が最適である。もちろん、この条
件は他の組合せによる本発明の実施形態の有効性を否定
するものではなく、例えば表1、2に示した組合せを含
め、面積の異なる複数のミラー素子による階調表現方法
が従来の形態に比べ、よりすぐれていることはいうまで
もない。
ことを簡単な評価値を用いて説明しておく。表1は1画
素をなす素子のうち、最も面積の小さい素子についての
みパルス幅変調を行い、他は2値駆動を行う堀合の必要
画素面積および、このときに必要な駆動のための時分割
数を示したものである。また、表2は1画素をなす素子
のうち、複数についてパルス幅変調を行う場合の必要画
素面積および、この時に必要な駆動のための時分割数を
示したものである。表1、2を比較して分かるように、
パルス幅変調による階調数が等しい場合、必要な画素面
積はほぼ等しいが、必要な時分割数は表1に示した場合
の方が少なくて済むことが分かる。従って、駆動周波数
を低減するためには、最も小さい面積のミラーにのみパ
ルス幅変調を行う方法が最適である。もちろん、この条
件は他の組合せによる本発明の実施形態の有効性を否定
するものではなく、例えば表1、2に示した組合せを含
め、面積の異なる複数のミラー素子による階調表現方法
が従来の形態に比べ、よりすぐれていることはいうまで
もない。
【0050】また、本実施例に示された1画素の構成形
態と、ディザ法等の通常の複数画素による面積階調表現
方法を組合せた階調表現方法なども本実施例の持つ効果
を示すものであり、当然、本発明の範囲に含まれる。
態と、ディザ法等の通常の複数画素による面積階調表現
方法を組合せた階調表現方法なども本実施例の持つ効果
を示すものであり、当然、本発明の範囲に含まれる。
【0051】
【表1】
【0052】
【表2】 (第二の実施例)次に、本発明の第二の実施例について
説明する。ここでは、第一の実施例との違いのみについ
て記述する。
説明する。ここでは、第一の実施例との違いのみについ
て記述する。
【0053】第一の実施例においては、8ビット、25
6階調のうち下位3ビット、8階調分について最小面積
の素子群202aのパルス幅変調により実現した。一
方、本実施例においては、素子202a群に代わってア
ナログ変調可能な素子を用いる。特願平1−64897
にも一部記載されるように、アナログ変調は双安定駆動
に比べて印加電圧領域が限られていると同時に、再現性
・安定性に乏しい駆動方法である。従って、8ビット、
256階調全域にわたってアナログ駆動することは甚だ
困難である。そこで、本実施例では下位3ビットについ
てのみアナログ変調素子を用いる。
6階調のうち下位3ビット、8階調分について最小面積
の素子群202aのパルス幅変調により実現した。一
方、本実施例においては、素子202a群に代わってア
ナログ変調可能な素子を用いる。特願平1−64897
にも一部記載されるように、アナログ変調は双安定駆動
に比べて印加電圧領域が限られていると同時に、再現性
・安定性に乏しい駆動方法である。従って、8ビット、
256階調全域にわたってアナログ駆動することは甚だ
困難である。そこで、本実施例では下位3ビットについ
てのみアナログ変調素子を用いる。
【0054】本実施例の構成上のポイントを以下に示
す。まず。ミラー部に一体化された電極部が双安定状態
のいずれにもいかないようにランディング電極とミラー
一体化電極との隙間を設定する。この構成により、瞬間
的な過電圧等によるアナログ駆動状態からの逸脱を防止
できる。
す。まず。ミラー部に一体化された電極部が双安定状態
のいずれにもいかないようにランディング電極とミラー
一体化電極との隙間を設定する。この構成により、瞬間
的な過電圧等によるアナログ駆動状態からの逸脱を防止
できる。
【0055】次に、同じ画素中の他の素子202b〜2
02fの2値駆動状態(双安定状態)におけるミラー偏
角と同等の偏角を実現するために、ミラー一体化電極と
ランディング電極の間隔および、ミラー一体化電極と駆
動電極の間隔を、上記素子のそれよりも大きくする。こ
の構成により、空間光変調素子103からの光を結像光
学系104の瞳サイズに対して十分な角度だけ偏向させ
ることができる。もちろん、この場合、本アナログ素子
の駆動電圧は高くとる必要がある。また、第一の実施例
では素子202aを駆動するために1フィールド走査期
間の半分を割り当てたが、本実施例ではアナログ素子に
対しては1フィールド期間中に1度だけ状態を設定すれ
ば良いので、素子202b〜202fを含めて1フィー
ルド期間中を6分割して、各時分割領域内で各々の素子
を駆動すれば良い。
02fの2値駆動状態(双安定状態)におけるミラー偏
角と同等の偏角を実現するために、ミラー一体化電極と
ランディング電極の間隔および、ミラー一体化電極と駆
動電極の間隔を、上記素子のそれよりも大きくする。こ
の構成により、空間光変調素子103からの光を結像光
学系104の瞳サイズに対して十分な角度だけ偏向させ
ることができる。もちろん、この場合、本アナログ素子
の駆動電圧は高くとる必要がある。また、第一の実施例
では素子202aを駆動するために1フィールド走査期
間の半分を割り当てたが、本実施例ではアナログ素子に
対しては1フィールド期間中に1度だけ状態を設定すれ
ば良いので、素子202b〜202fを含めて1フィー
ルド期間中を6分割して、各時分割領域内で各々の素子
を駆動すれば良い。
【0056】本実施例では、3ビットだけのアナログ変
調素子を用いるので、極端に素子の必要精度を高めるこ
と無く、第一の実施例と同様の効果を得ることができ
る。特に、最も小さなミラーをアナログ変調することに
なるので、より大きな面積を持つミラーに対する場合に
比べ、同じ偏角を得るのに必要なミラー下部の空気層厚
は薄くてよい。従って、製造時の作成プロセス時間の短
縮等の効果も得られる。
調素子を用いるので、極端に素子の必要精度を高めるこ
と無く、第一の実施例と同様の効果を得ることができ
る。特に、最も小さなミラーをアナログ変調することに
なるので、より大きな面積を持つミラーに対する場合に
比べ、同じ偏角を得るのに必要なミラー下部の空気層厚
は薄くてよい。従って、製造時の作成プロセス時間の短
縮等の効果も得られる。
【0057】(その他の実施例)本発明は投影型表示装
置への適用に限定されるものではなく、例えばライン状
に一時元配列された空間光変調素子を用いて光プリンタ
の光信号変調部を構成してもよい。また、光インターコ
ネクション、光ニューラルネットワーク等への応用も可
能である。
置への適用に限定されるものではなく、例えばライン状
に一時元配列された空間光変調素子を用いて光プリンタ
の光信号変調部を構成してもよい。また、光インターコ
ネクション、光ニューラルネットワーク等への応用も可
能である。
【0058】
【発明の効果】本発明は以上説明したように構成されて
いるので、以下に記載するような効果を奏する。
いるので、以下に記載するような効果を奏する。
【0059】請求項1に記載のものにおいては、複数の
単位素子を用いて1画素の面積階調表示を行う空間光変
調素子において、変調素子中の一画素に相当する部分を
複数のミラーで構成し、しかも上記複数のミラーの少な
くとも2つは互いに異なる値を出力するように構成する
(例えば、一部についての面積が互いに異なる様に構成
する)ことにより、少ないミラー数の組合せで一画素に
相当する素子部分を構成出来、かつ、駆動周波数が極端
に高くなることを押えて面積階調表示を行うことが出来
る効果がある。
単位素子を用いて1画素の面積階調表示を行う空間光変
調素子において、変調素子中の一画素に相当する部分を
複数のミラーで構成し、しかも上記複数のミラーの少な
くとも2つは互いに異なる値を出力するように構成する
(例えば、一部についての面積が互いに異なる様に構成
する)ことにより、少ないミラー数の組合せで一画素に
相当する素子部分を構成出来、かつ、駆動周波数が極端
に高くなることを押えて面積階調表示を行うことが出来
る効果がある。
【0060】請求項2に記載のものにおいては、上記ミ
ラーの出力する値(面積比)を等比級数的に構成するこ
とにより、最も少ないミラー数で一画素を構成すること
ができる効果がある。
ラーの出力する値(面積比)を等比級数的に構成するこ
とにより、最も少ないミラー数で一画素を構成すること
ができる効果がある。
【0061】請求項3および請求項4に記載のものにお
いては、表示できる階調をよりきめ細かなものとするこ
とができる効果がある。
いては、表示できる階調をよりきめ細かなものとするこ
とができる効果がある。
【0062】請求項5に記載のものにおいては、本面積
階調表示素子をパルス幅変調方式と組み合わせることに
より、さらに少ないミラー数で一画素を構成出来る。特
に、最も面積の小さいミラーをパルス幅変調駆動するこ
とにより、その効果は最も大きくなる。
階調表示素子をパルス幅変調方式と組み合わせることに
より、さらに少ないミラー数で一画素を構成出来る。特
に、最も面積の小さいミラーをパルス幅変調駆動するこ
とにより、その効果は最も大きくなる。
【0063】請求項6に記載のものにおいては、上記複
数のミラーのうち少なくとも一つはアナログ的な変調を
出来る素子で構成することにより、一画素に必要なミラ
ー数をより少なく出来る。特に、最も面積の小さいミラ
ーをアナログ変調素子で構成することにより、その効果
は最も大きくなる。
数のミラーのうち少なくとも一つはアナログ的な変調を
出来る素子で構成することにより、一画素に必要なミラ
ー数をより少なく出来る。特に、最も面積の小さいミラ
ーをアナログ変調素子で構成することにより、その効果
は最も大きくなる。
【0064】上記各効果を奏する空間光変調素子を用い
ることにより、階調表示の細かな、良質な画像を表示す
ることができる効果がある。
ることにより、階調表示の細かな、良質な画像を表示す
ることができる効果がある。
【0065】これらの効果は、本発明の実施例で示した
マイクロミラー素子による空間光変調素子にのみ限られ
るものではなく、多階調表現を必要とするあらゆる変調
素子において有用な方法である。
マイクロミラー素子による空間光変調素子にのみ限られ
るものではなく、多階調表現を必要とするあらゆる変調
素子において有用な方法である。
【図1】本発明による投影型表示装置の概略構成図であ
る。
る。
【図2】本発明の実施例の投影型表示装置に用いられる
空間光変調素子の概略構成を表す斜視図である。
空間光変調素子の概略構成を表す斜視図である。
【図3】本発明の実施例の投影型表示装置に用いられる
空間光変調素子の概略構成を表す平面図である。
空間光変調素子の概略構成を表す平面図である。
【図4】本発明の実施例の空間光変調素子の単位素子の
構成を示す斜視図である。
構成を示す斜視図である。
【図5】本発明の実施例の空間光変調素子の単位素子の
構成を示す平面図である。
構成を示す平面図である。
【図6】本発明の実施例の空間光変調素子の単位素子の
構成を示す断面図である。
構成を示す断面図である。
【図7】本発明の実施例の空間光変調素子の駆動部の概
略構成図である。
略構成図である。
【図8】本発明の実施例を駆動する信号のタイミングチ
ャートである。
ャートである。
101 光源 102 照明系 103 空間光変調素子 104 結像光学系 105 表示スクリーン 201 1画素領域 201a〜202f 単位ミラー素子 210 横ドライバ 211 縦ドライバ 301 シフトレジスタ 302 仮想走査線セレクタ 501 素子 502 シリコン基板 504 絶縁スペーサ 506,520,521,526 電極 508 金属はり層 512 プラズマ・エッチ孔 514,516 捩れ丁板 524 二酸化シリコン層
Claims (7)
- 【請求項1】 電気信号に従って揺動可能な複数のミラ
ーが1つの画素に対して2次元的に配列され、該複数の
ミラーの揺動状態を組み合せることにより、1つの画素
について3値以上の値を出力する空間光変調素子におい
て、 前記複数のミラーのうち、少なくとも2つは互いに異な
る値を出力するように構成されていることを特徴とする
空間光変調素子。 - 【請求項2】 請求項1記載の空間光変調素子におい
て、 前記複数のミラーの互いの出力値が等比級数的であるミ
ラーの組合せを含むことを特徴とする空間光変調素子。 - 【請求項3】 請求項1または請求項2に記載の空間光
変調素子において、 前記複数のミラーのうち、少なくとも一つは3値以上の
値を出力することを特徴とする空間光変調素子。 - 【請求項4】 請求項3記載の空間光変調素子におい
て、 前記複数のミラーのうち、その最大出力値の最も小さな
ミラーが3値以上の値を出力することが可能であること
を特徴とする空間光変調素子。 - 【請求項5】 請求項3または請求項4記載の空間光変
調素子において、 3値以上の値を出力するミラーがパルス幅変調方式によ
り駆動されることを特徴とする空間光変窮素子。 - 【請求項6】 請求項3または請求項4記載の空間光変
調素子において、 3値以上の値を出力するミラーがアナログ変調方式によ
り駆動されることを特徴とする空間光変調素子。 - 【請求項7】 請求項1乃至請求項6のいずれかに記載
の空間光変調素子を用いて画像を投影することを特徴と
する投影型表示装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6158409A JPH0823500A (ja) | 1994-07-11 | 1994-07-11 | 空間光変調素子および該素子を用いた投影型表示装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6158409A JPH0823500A (ja) | 1994-07-11 | 1994-07-11 | 空間光変調素子および該素子を用いた投影型表示装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0823500A true JPH0823500A (ja) | 1996-01-23 |
Family
ID=15671130
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP6158409A Pending JPH0823500A (ja) | 1994-07-11 | 1994-07-11 | 空間光変調素子および該素子を用いた投影型表示装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0823500A (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0485596A (ja) * | 1990-07-30 | 1992-03-18 | Yamaha Corp | 電子楽器用コントローラ |
JP2009163230A (ja) * | 2004-08-27 | 2009-07-23 | Idc Llc | Memsディスプレイをアドレシングするためのシステム及び方法 |
JP2010266875A (ja) * | 2003-12-09 | 2010-11-25 | Qualcomm Mems Technologies Inc | 干渉系変調器におけるエリアアレイ変調及びリード低減 |
JP2016541142A (ja) * | 2013-10-10 | 2016-12-28 | ドルビー ラボラトリーズ ライセンシング コーポレイション | 拡張ダイナミックレンジ・プロジェクタにおけるdciおよびその他のコンテンツの表示 |
-
1994
- 1994-07-11 JP JP6158409A patent/JPH0823500A/ja active Pending
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0485596A (ja) * | 1990-07-30 | 1992-03-18 | Yamaha Corp | 電子楽器用コントローラ |
JP2010266875A (ja) * | 2003-12-09 | 2010-11-25 | Qualcomm Mems Technologies Inc | 干渉系変調器におけるエリアアレイ変調及びリード低減 |
JP2014238585A (ja) * | 2003-12-09 | 2014-12-18 | クゥアルコム・メムス・テクノロジーズ・インコーポレイテッドQUALCOMM MEMS Technologies, Inc. | 干渉系変調器におけるエリアアレイ変調及びリード低減 |
JP2009163230A (ja) * | 2004-08-27 | 2009-07-23 | Idc Llc | Memsディスプレイをアドレシングするためのシステム及び方法 |
JP2016541142A (ja) * | 2013-10-10 | 2016-12-28 | ドルビー ラボラトリーズ ライセンシング コーポレイション | 拡張ダイナミックレンジ・プロジェクタにおけるdciおよびその他のコンテンツの表示 |
US10368044B2 (en) | 2013-10-10 | 2019-07-30 | Dolby Laboratories Licensing Corporation | Displaying DCI and other content on an enhanced dynamic range projector |
US11122244B2 (en) | 2013-10-10 | 2021-09-14 | Dolby Laboratories Licensing Corporation | Displaying DCI and other content on an enhanced dynamic range projector |
US11677917B2 (en) | 2013-10-10 | 2023-06-13 | Dolby Laboratories Licensing Corporation | Displaying DCI and other content on an enhanced dynamic range projector |
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