(57)【要約】【課題】複雑な電子回路構成を用いずに多値制御を可能とする光変調素子の提供。【解決手段】内部の液体量が増減される複数の空孔構造と、複数の空孔構造に流入させる液体Ｌを溜めておく第１液溜め部２１４と、第１液溜め部２１４に流入させる液体Ｌを溜めておく複数の第２液溜め部２１５とを有し、複数の第２液溜め部２１５は、少なくとも第１液溜め部２１４側の端部に、第１液溜め部２１４側からの液体Ｌの移動を制御する移動制御部２１７を有する光変調素子２１。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部の液体量が増減される複数の空孔構造と、
前記複数の空孔構造に流入させる液体を溜めておく第１液溜め部と、
前記第１液溜め部に流入させる前記液体を溜めておく複数の第２液溜め部とを有し、
前記複数の第２液溜め部は、少なくとも前記第１液溜め部側の端部に、前記第１液溜め部側からの前記液体の移動を制御する移動制御部を有する光変調素子。
【請求項２】
請求項１に記載の光変調素子において、
前記複数の第２液溜め部は、直列に連結されることを特徴とする光変調素子。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の光変調素子において、
前記複数の第２液溜め部のそれぞれを、前記第１液溜め部の外周に沿って設けたことを特徴とする光変調素子。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れか１つに記載の光変調素子において、
周期的に配列された複数の前記第１液溜め部を有し、
前記第１液溜め部は、十字型の形状であり、前記複数の第２液溜め部はそれぞれ、前記複数の第１液溜め部が配列された際に生じる空隙に設けられることを特徴とする光変調素子。
【請求項５】
請求項１乃至４の何れか１つに記載の光変調素子において、
前記空孔構造と、前記第２液溜め部とを連結して、前記液体量が増減する際に前記空孔構造との間で気体を移動させる通気部を有することを特徴とする光変調素子。
【請求項６】
請求項１乃至５の何れか１つに記載の光変調素子を有する撮像装置。
【請求項７】
請求項１乃至５の何れか１つに記載の光変調素子を有する画像投影装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エレクトロウェッティング効果を用いた光変調素子、該光変調素子を用いた撮像装置及び画像投影装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
空間光変調器に用いられる光変調素子は、カメラ等の撮像装置、プロジェクタ等の画像投影装置、計算機ホログラムを用いた光計測技術、レーザー光線の波面形成等、幅広い光学分野で応用されている（例えば、特許文献１〜４参照）。
【０００３】
こうした光変調素子の１つとして、透明な支持部材に屈折率を合致させた液体を浸透させ、エレクトロウェッティング効果によって支持部材と液体との間の濡れ性を電気的に制御することで透過率を制御する光変調素子が知られている（例えば、非特許文献１及び特許文献２〜４参照）。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、このようなエレクトロウェッティング効果を用いた光変調素子は、液晶を用いた透過型の光変調素子と比較して高い開口率を得られる一方で、支持部材と液体との間の界面位置を多値状態で制御することが困難である。
【０００５】
本発明は、以上のような従来の技術に鑑みてなされたものであり、複雑な電子回路構成を用いずに多値制御を可能とする光変調素子の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題を解決するため、本発明においては、内部の液体量が増減される複数の空孔構造と、前記複数の空孔構造に流入させる液体を溜めておく第１液溜め部と、前記第１液溜め部に流入させる液体を溜めておく複数の第２液溜め部とを有し、前記複数の第２液溜め部は、少なくとも前記第１液溜め部側の端部に、前記第１液溜め部側からの前記液体の移動を制御する移動制御部を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、複雑な電子回路構成を用いずに多値制御を可能とする光変調素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施形態における撮像装置及び光変調素子の構成の一例を示す図である。
【図２】本発明の実施形態における光変調素子の構成の一例を示す図である。
【図３】本発明の実施形態における光変調素子の画素部分を示す拡大図である。
【図４】本発明の実施形態における光変調素子の動作の一例を示す図である。
【図５】本発明の実施形態における光変調素子の動作の他の一例を示す図である。
【図６】本発明の実施形態における光変調素子の変形例を示す図である。
【図７】本発明の実施形態における光変調素子の変形例の画素部分を示す拡大図である。
【図８】本発明の実施形態における光変調素子を有する画像投影装置の構成の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の第１の実施形態として、撮像装置の構成の一例を図１に示す。
撮像装置１は、画像を取得するための撮像モジュール２と、入射した光束を結像して撮像モジュール２に向けて出射する結像光学系３と、結像光学系３からの光路を選択するためのミラー４とを有している。
撮像装置１はまた、視野を確認するためのファインダー６と、ミラー４からファインダー６へと光を偏向させるプリズムたる偏向素子５と、露光時間を調整するシャッター８と、これらの部材を制御するための制御部９とを有している。
撮像モジュール２以外の上述の構成は一般的な一眼レフカメラと同等であるが、ファインダー６とミラー４とを外し、変わりに液晶モニタを備えた所謂ミラーレス一眼レフの構成であっても良い。
【００１０】
ここで、撮像モジュール２に入射する光束の方向を−Z方向として、Z方向及び紙面に垂直なY方向、Z方向、Y方向に垂直なX方向を、それぞれ図１に示すように定める。第１の実施形態においては、Z方向は鉛直上向き方向と一致させているが、撮像装置１の配置方向に合わせて適宜変更しても良い。
【００１１】
撮像モジュール２は、入射した光束を透過して空間的な変調を付与して出射する空間光変調素子たる光変調素子２１と、空間的な変調を付与された光束を画像情報として取得する撮像素子２２と、を有している。
撮像モジュール２はまた、光変調素子２１と撮像素子２２とを電気的に接続する図示しない配線を有している。
【００１２】
光変調素子２１は、エレクトロウェッティング効果を用いた透過型の空間光変調素子である。
光変調素子２１は、図２に示すように、二次元平面に周期的に並べられた、透過率を制御可能な最小単位である光変調画素たる複数のセル２４を有している。
各セル２４は、基本的には全て同一の構成を有している。図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ１つのセル２４を示している。
光変調素子２１は、図３（ａ）に示すように、液体Ｌと、液体Ｌが流入して内部の液体量が増減される微細な空孔構造たる光変調層２１１と、光変調層２１１の下方に位置し、光変調層２１１に流入させる液体Ｌを溜めておく第１液溜め部２１４と、を有している。
光変調素子２１はまた、図３（ｂ）に示すように、光変調層２１１の空孔構造の上部内壁に設置されたウェット電極２１２と、光変調層２１１の下方に設置されたスペーサー２１３と、を有している。
光変調素子２１はまた、第１液溜め部２１４の側方に位置して第１液溜め部２１４に流入させる液体Ｌを溜めておく第２液溜め構造たる複数の第２液溜め部２１５を有している。
光変調素子２１はまた、第１液溜め部２１４と、各第２液溜め部２１５とを形成した支持部たる透明な支持基板２１０と、光変調層２１１と第２液溜め部２１５との間で気体を移動させる通気部２１６と、を有している。
光変調素子２１はまた、ウェット電極２１２または各第２液溜め部２１５と制御部９と、をそれぞれ接続する電気配線２１９を有している。
光変調素子２１は、セル２４それぞれの位置における透過率を制御部９によって変化させることにより、符号化開口パターン、言い換えるとモザイクパターンを形成することで、入射した光束に空間的な変調を付与する。
【００１３】
支持基板２１０は、ＳｉＯ２製の透明基板を、光リソグラフィによって加工して作製される。支持基板２１０の材料は、ＳｉＯ２に限らず、ＰＤＭＳ（ＰｏＬｙ  ＤｉＭｅｔｈｙＬ  ＳｉＬｏｘａｎｅ）などの透明な樹脂であっても良い。また、支持基板２１０の加工方法も、電子線リソグラフィなどの手法を用いても良い。
光変調層２１１には、微細な複数の空孔構造がＺ方向に向かって形成されており、支持基板２１０と同様の素材を用いることが望ましい。
ウェット電極２１２は、液体Ｌと空孔構造の内壁との界面の濡れ性をエレクトロウェッティング効果によって変化させる。具体的には、ウェット電極２１２に電圧を印加することで、光変調層２１１の空孔構造の内壁は親水性に変化する。
ウェット電極２１２は、高い透過率を確保するために、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）や酸化亜鉛（ＺｎＯ）などの透明電極材料を用いることが望ましいが、金（Ａｕ）等の金属薄膜を用いても良い。
【００１４】
液体Ｌは、光変調層２１１に充填された場合に、光変調層２１１が透明になるように屈折率を調整された流体である。例えば液体Ｌは、支持基板２１０及び光変調層２１１を形成する素材と同一または略同一の屈折率を持つ。
液体Ｌは、光変調層２１１の空孔構造に流入することで屈折率整合手段としての機能を有する。ここで液体Ｌは必ずしも液体である必要はなく、所謂ゾル‐ゲルなど、流体としての性質と屈折率整合手段としての機能を併せ持つ物質を用いても良い。
【００１５】
スペーサー２１３は、光変調層２１１と、第２液溜め部２１５とを分離するための透明な板状の部材である。
スペーサー２１３は、光変調層２１１と第２液溜め部２１５との間の液体Ｌの移動を防止している。
スペーサー２１３は、光変調層２１１と同様にＳｉＯ２などの透明材料を用いることが望ましい。
【００１６】
第１液溜め部２１４は、図３（ｂ）に示すように、光変調層２１１の空孔構造下方で、支持基板２１０の上部に形成された、液溜め構造たる凹型形状をした直方体あるいは立方体様の窪みであり、液体Ｌを貯蔵するための貯蔵手段としての機能を有している。
第１液溜め部２１４は、第１液溜め部２１４の底面に、液体Ｌとウェット電極２１２との間に電圧を印加する際の基準電極たる参照電極Ｅを有している。
【００１７】
各第２液溜め部２１５はそれぞれ、第１液溜め部２１４の外周に沿って設けられた、直方体あるいは立方体形状の凹部を持った窪みであり、各第２液溜め部２１５の上方には、スペーサー２１３が蓋として配置されている。スペーサー２１３により、第２液溜め部２１５と光変調層２１１とは分離され、直接には液体Ｌが移動しないように密閉されている。
第２液溜め部２１５は、第１液溜め部２１４と複数を直列に連結されて液体Ｌの流路を形成している。流路の第１液溜め部２１４側を上流とした場合の最下流に設置された第２液溜め部２１５の、第１液溜め部２１４と反対側すなわち下流側の端部には、エアベントたる通気部２１６が設置される。
各第２液溜め部２１５はそれぞれ、少なくとも第１液溜め部２１４側の端部に第１液溜め部２１４側からの液体Ｌの移動を制御するバルブ制御電極たる連結部としての移動制御部２１７を有している。
【００１８】
移動制御部２１７は、図３（ｂ）、（ｃ）に示すように、第２液溜め部２１５とスペーサー２１３とで形成された方形管の内壁に、ウェット電極２１２と同様のバルブ制御電極２１８が形成された構造である。移動制御部２１７は、第２液溜め部２１５よりも幅を小さくすることで所謂くびれ構造、言い換えるとバルブ構造になっている。
【００１９】
電気配線２１９は、光変調素子２１内を、Ｘ方向及びＹ方向に、配列されたすべてのセル２４に対して接続して、所謂アクティブマトリクススイッチを構成している。
具体的には電気配線２１９は、Ｚ方向上側にある上層側の電気配線２１９が光変調素子２１上にＸ方向に配列された複数のセル２４を接続し、Ｚ方向下側にある下層側の電気配線２１９が光変調素子２１上にＹ方向に配列された複数のセル２４を接続している。
電気配線２１９は、エレクトロウェッティング効果によって親水性・疎水性を制御する観点から、Ａｕなどの金属材料を用いることが望ましい。
【００２０】
これら光変調素子２１の構成のうち、電気配線２１９及び通気部２１６以外の部分は全て透明材料を用いて形成することが望ましい。かかる構成により、セル２４は所定の開口率を有する透過性を持った透明体として機能する。
【００２１】
撮像素子２２は、光変調素子２１によって空間的な変調を付与された光束を画像情報として取得する撮像面たる光検出器アレイとしてのＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）を用いたイメージセンサである。撮像素子２２上には複数の光検出器である受光素子たるフォトダイオードが並べて配設された光検出器アレイ２８が配置されており、撮像面に入射した光束の強度等の情報を電気信号に変換する。ここではＣＣＤを用いることとしたが、画像情報を取得可能なイメージセンサであれば、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  ＭｅｔａＬ−Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）センサ等を用いるものであっても良い。
【００２２】
ギャップ形成部材２３は、光変調素子２１と撮像素子２２との間に配置されて所定の間隔のギャップ構造を形成する。
ギャップ形成部材２３は、光変調素子２１と撮像素子２２とを一定の間隔で、かつ平行に固定する。ここでギャップ形成部材２３は、ネジなどの固定部材を用いるものであっても、あるいは接着剤等を用いても、あるいは光変調素子２１と撮像素子２２とを一体成型するものであっても良い。
ギャップ形成部材２３によって、光変調素子２１と撮像素子２２との間には略２ｍｍ以下、より好ましくは１ｍｍ以下の間隔が開けられている。光変調素子２１のパターンと撮像素子２２の受光素子の位置情報により、結像光学系３が撮像素子２２上に形成する像の角度情報を取得する。
【００２３】
結像光学系３は、撮像素子２２上に画像を形成するよう配設された、少なくとも１つ以上のレンズを備えた結像用レンズ群３０と、光変調素子２１への入射光量を調整するための絞り７とを有している。
結像光学系３は、撮像装置１に入射した光束が撮像素子２２上に画像を形成するように配設されている。言い換えると、撮像モジュール２よりも光軸方向上流側に、撮像素子２２上に焦点が位置するように配置される。すなわち、結像光学系３の結像面が撮像素子２２上にある。
【００２４】
制御部９は、図４（ａ）に示すウェット電極２１２に電圧を印加するためのウェット電極電源Ｖ１と、バルブ制御電極２１８に電圧を印加するためのバルブ制御電極電源Ｖ２とを有している。
制御部９はまた、空間光変調パターン生成手段、光変調素子２１を透過した光束を画像情報に変換する復号処理手段、得られた画像情報を基に画角分離を行って距離や方向などの空間情報を含んだ画像を得る画像特性解析手段としての機能を有している。得られる画像は、例えば、特定角度からの光線のみによって生成される画像、距離に対して色を割り当てられた距離画像などである。
また、ここでいう画像特性解析手段は、空間情報の解析から画像を再構成するまでを含める。
【００２５】
このような撮像装置１を用いて、画像情報を取得する方法について説明する。
撮像装置１に入射してきた光束は、結像用レンズ群３０によって、撮像素子２２上に像を結ぶように偏向され、絞り７を通過することで光量が調整される。
結像光学系３を通過した光束は、非撮影時にはミラー４に反射して、偏向素子５を経てファインダー６へと導かれる。撮影時には、ミラー４は結像光学系３からの光束を通過させるよう動作する。このように、ミラー４は光路選択手段たる可動ミラーとして動作する。
【００２６】
ミラー４を通過し、光変調素子２１に入射した光束は、光変調素子２１によって空間的な変調を付与される。
素子駆動部たる制御部９は、複数の周期の異なる正弦波形を重ね合わせた空間透過率分布を用いて光変調素子２１の透過率分布を制御する。
光変調素子２１は、素子駆動部たる制御部９からの電気信号、言い換えると周期的な変調信号に従って、素子上それぞれのセル２４における透過率を変化させることで符号化開口パターンを形成する。
すなわち、光変調素子２１は、素子上のそれぞれのセル２４の透過率を周期的に変化させることで、光変調素子２１を通過する光束に対して空間的な変調を付与する。
このとき、素子駆動部たる制御部９は、空間光変調パターン生成手段として機能する。
【００２７】
空間的な変調を付与された光束は、撮像素子２２に検出されることで、画像情報として認識される。撮像素子２２に検出される光束は、光軸上の物体からの光束すなわち主光線の入射角０°である光束と、光軸から外れた位置にある物体からの光束すなわち主光線の角度が特定角度である光束とで、画像の変調周期が異なる。かかる変調周期の違いに対する画像処理により、光束の角度情報、言い換えると光束の方向成分の情報が得られる。なお、ここでいう画像処理は、２Ｄ→４Ｄ変換と、４次元フーリエ変換とを含んでいる。
【００２８】
このようにして得られた画像情報から、復号処理手段たる制御部９が空間的な変調を取り除いて画像を再構成することにより、距離や方向などの空間情報を含んだ画像を得る。
【００２９】
画像自身の空間周波数は一般的に低周波領域に局在する。この画像に複数の正弦波の合成で表される高周波の変調信号を重畳させると、変調周波数を中心として画像自身の空間周波数分布と全く同じプロファイルの周波数分布が形成される。ここでは、これを複製と表現する。数学的には、この複製は、変調周波数位置のデルタ関数と画像自身の周波数分布の畳み込み積分とで表される。
空間透過率分布を用いて、符号化開口パターンを形成する際には、変調信号に含まれる複数の正弦波の周期に対応する空間周波数位置に、画像自身の持つ有限の空間周波数帯域のスペクトル分布が複製される。
つまり、正弦波形の周期の数だけ、空間周波数の軸上に被写体の空間周波数スペクトル分布が複製される。正弦波形の周波数の大きさに依存して角度成分の周波数情報が撮像画像の空間周波数画像の位置情報に混ざる。これらの情報について空間と角度の４次元情報に変換することにより画角分離が可能となる。
【００３０】
このような画角分離を精度よく行うためには、セル２４の透過率を多値状態で精度よく制御・保持することが重要である。また、特にデジタルカメラをはじめとする撮像装置は小型化要求が強く、複雑な電子回路を用いてセル２４の透過率の多値的な制御を行うことは好ましくない。
【００３１】
そのため、本発明においては、図４（ａ）〜（ｄ）に示すような制御を行うことで、セル２４の透過率の多値的な制御を行う。
【００３２】
光変調素子２１の初期状態について、図４（ａ）に示す。液体Ｌは、光変調層２１１に流入しておらず、第１液溜め部２１４と、第２液溜め部２１５とによって全量が保持されている。
また、ウェット電極電源Ｖ１と、バルブ制御電極電源Ｖ２とは、いずれもＯＦＦになっており、ウェット電極２１２と、バルブ制御電極２１８とにはいずれも電圧が印加されていない状態である。
このとき、光変調層２１１の空孔構造内部には、空気等の気体Ｇが存在している。すなわち、光変調層２１１は、屈折率整合が取れていないので、気体Ｇと、空孔構造内壁を構成する固体（例えばＳｉＯ２）との界面で乱反射が生じて透過率が低い状態である。
【００３３】
次いで、光変調素子２１の吸引状態について、図４（ｂ）に示す。吸引状態においては、ウェット電極電源Ｖ１がＯＮ、バルブ制御電極電源Ｖ２がＯＦＦとなる。
ウェット電極電源Ｖ１がＯＮなので、ウェット電極２１２には電圧が印加され、空孔構造内壁が親水性に変化する。
光変調層２１１の空孔構造は、微細な毛細管であるため、空孔構造内壁が親水性に変化すると、毛細管現象によって液体Ｌに吸引力が働き、光変調層２１１内部に液体Ｌが流入する。すなわち光変調層２１１の液体Ｌと気体Ｇとの界面たる液体Ｌの液面が上昇する。
初期状態において光変調層２１１の空孔構造内部に存在した気体Ｇは、吸引状態においては図４（ｂ）Ａ方向へ通気部２１６を通って光変調層２１１から第２液溜め部２１５へと移動する。
液体Ｌは、前述のとおり、光変調層２１１に充填された場合に、光変調層２１１が透明になるように屈折率を調整された流体であるため、液体Ｌが光変調層２１１の空孔構造に流入することで、屈折率差を有する領域の体積が減少して屈折率整合が取られる。すなわち、気体と、空孔構造内壁を構成する固体（例えばＳｉＯ２）との界面における散乱光が減少して透過率が向上する。
このとき、光変調素子２１の透過率は、光変調層２１１に流入している液体Ｌの液体量、言い換えると液体Ｌの液面の高さによって決定される。
図４（ｂ）においては、移動制御部２１７が第２液溜め部２１５より狭くなっており、毛細管現象によるＸ方向への吸引を防ぐため、バルブ制御電極電源Ｖ２はＯＦＦとしている。
バルブ制御電極電源Ｖ２はＯＦＦなので、移動制御部２１７は疎水性を示している。
しかし、移動制御部２１７と空孔構造の径が大きく異なり、空孔構造の毛細管現象によって液体Ｌにはたらく吸引力が十分に大きいため、移動制御部２１７は液体Ｌの移動を妨げない。このように、吸引状態においてバルブ制御電極電源Ｖ２は、液体Ｌの流路における上流方向、ここでは−Ｘ方向への移動を妨げないように設定すればよい。
【００３４】
なお、移動制御部２１７は、液体Ｌの移動を制御するという目的に沿う範囲において、機械的なバルブや電磁弁等を用いても良い。例えば、移動制御部２１７を通過する液体Ｌをバルブによって制御する場合には、液体Ｌの移動を妨げないようにバルブ制御電極電源Ｖ２をＯＮとして移動制御部２１７を開放することとしても良い。
【００３５】
光変調素子２１は、トランジスタのようなスイッチング用の電子部品あるいはそれに類する構造を持たずに液体Ｌの界面位置を多値状態で制御する。図４（ｃ）は、吸引状態で上昇した界面を維持する保持状態を示す図である。
保持状態において、ウェット電極電源Ｖ１と、バルブ制御電極電源Ｖ２とはいずれもＯＦＦになっている。このとき光変調層２１１の空孔構造内壁は疎水性に変化し、液体Ｌには、流路下流方向すなわちＸ方向へ押し出すような吐出力Ｆ１が働く。しかしながら、バルブ制御電極２１８に電圧が印加されず、移動制御部２１７が疎水性になっているため、第１液溜め部２１４側から第２液溜め部２１５への液体Ｌの流入は、移動制御部２１７によって制限ないし抑止される。言い換えると液体Ｌの移動を抑制するような保持力Ｆ２が吐出力Ｆ１を打ち消すように作用して、液体Ｌの移動が抑止される。
このとき、ウェット電極２１２、バルブ制御電極２１８のいずれにも電圧が印加されていない状態、つまり電力消費のない状態で、液体Ｌの界面の高さが維持される。
また、液体Ｌの界面の高さは、液体Ｌが第２液溜め部２１５のいずれにも流入していない状態で最も高く、液体Ｌが第２液溜め部２１５の全てに流入した状態で最も低くなる。つまり保持状態では、液体Ｌの界面がいずれの高さにあっても、第２液溜め部２１５の多段の構造体積によって離散化された状態で保持される。言い換えると、実現したい多値状態の数の分だけ、第２液溜め部２１５を形成することで、透過率を離散的に保持することができる。このように、第２液溜め部２１５を複数設置することにより、光変調層２１１内部の液体Ｌの界面位置たる液面の高さを離散的な多値状態として制御し、維持できる。
このような構成により、エレクトロウェッティング効果を用いた透過型光変調素子において、高い開口率と非偏光異方性を維持しながらも、複雑な電子回路構成を用いずに、省電力で液体Ｌの液面の高さを多値状態で維持する。
【００３６】
なお、図４（ａ）〜（ｄ）においては、複数の第２液溜め部２１５を液体Ｌの流路に沿って直列に配置した構成を示したが、複数の第２液溜め部２１５が、並列にそれぞれ第１液溜め部２１４に直接接続されている構成でも良い。
かかる構成によっても、液体Ｌの界面の高さは、液体Ｌが充填された状態の第２液溜め部２１５の数によって決まる。
この点について具体的に説明する。
複数の第２液溜め部２１５は、それぞれ第１液溜め部２１４の隣に設けられて、第１液溜め部２１４に直接接続されている。
それぞれの第２液溜め部２１５は、既に述べたように移動制御部２１７によって個別に液体Lの第１液溜め部２１４からの流入を制御されている。
光変調層２１１内部の液体Lの界面位置は、光変調層２１１内部の液体Lの体積によって決定される。光変調素子２１内にある液体Lの総体積は一定であるから、光変調層２１１内部の液体Lの体積は、総体積から第２液溜め部２１５内部に充填された液体Lの体積の合計を引いた値になる。光変調素子２１の透過率は、かかる構成により、第２液溜め部２１５の多段の構造体積によって離散化された状態で保持される。すなわち、実現したい多値状態の数の分だけ、第２液溜め部２１５を形成することで、透過率を離散的に保持する。
【００３７】
最後に、液体Ｌを光変調層２１１から吐出して液体Ｌの界面の高さを下げる吐出状態を図４（ｄ）を用いて説明する。吐出状態においては、ウェット電極電源Ｖ１はＯＦＦ、バルブ制御電極電源Ｖ２はＯＮ、の状態になっている。
移動制御部２１７が親水性に変化するから、光変調層２１１の空孔構造内壁の疎水性によって生じるＸ方向の吐出力Ｆ１により、液体Ｌは流路の下流側すなわちＸ方向へと移動する。このとき、吸引状態において第２液溜め部２１５に存在していた気体Ｇは、図４（ｄ）Ｂ方向に示すように通気部２１６を通って光変調層２１１へと移動する。
このような制御を行うことで、図４（ａ）の初期状態に戻すことができる。
【００３８】
図４（ａ）〜（ｄ）では、第２液溜め部２１５を第１液溜め部２１４から流路に沿って直列に配置し、バルブ制御電極２１８に電気配線２１９を全て接続して１本の配線として電圧を印加している。つまり、複数のバルブ制御電極２１８に対して一括で電圧が印加されるように制御している。
このような一括制御構成においては、未だ液体Ｌが充填されていない第２液溜め部２１５の最も第１液溜め部２１４側言い換えると流路下流側の１つが液体Ｌによって充填される時間より短い時間だけ電圧をパルスで印加する。かかる構成により、直列・多段に設けた第２液溜め部２１５を個々に充填していくことが可能である。
【００３９】
一括制御構成において、バルブ制御電極電源Ｖ２に印加する電圧を図５（ａ）に示すようなパルスで印加する場合について説明する。図５（ａ）において、縦軸は電圧、横軸は時間を表しており、印加開始時刻Ｔ１から印加終了時刻Ｔ２までの間だけ、バルブ制御電極電源Ｖ２はＯＮ状態となり、バルブ制御電極２１８に電圧が印加される。
印加開始時刻Ｔ１における光変調素子２１の状態を図５（ｂ）に示す。印加開始時刻Ｔ１においては、バルブ制御電極２１８に電圧が印加され、移動制御部２１７が親水性になっているから、液体ＬにはＸ方向に吐出力Ｆ１がはたらいて、液体ＬがＸ方向側へ移動する。
【００４０】
一括制御構成においては、複数の移動制御部２１７は全て親水性になるが、各第２液溜め部２１５は直列に接続されているから、液体Ｌが流入するのは、液体Ｌが充填されている第２液溜め部２１５に隣接した第２液溜め部２１５のみである。また、当該第２液溜め部２１５が充填されるまでの時間tは一定で、事前に設計的に求めることができる。制御部９は、印加開始時刻Ｔ１及び印加終了時刻Ｔ２を、ｔ＝Ｔ２−Ｔ１となるように制御している。
【００４１】
同様に、印加終了時刻Ｔ２における光変調素子２１の状態を図５（ｃ）に示す。印加終了時刻Ｔ２においては、バルブ制御電極電源Ｖ２はＯＦＦになり、移動制御部２１７が疎水性に変化する。このとき、液体Ｌには図４（ｄ）に示した保持状態と同様に、吐出力Ｆ１を打ち消すように保持力Ｆ２がはたらいて、液体Ｌの移動が抑制される。
制御部９は、このような動作を行うようにバルブ制御電極電源Ｖ２を制御して、一括制御構成において直列・多段に設けた第２液溜め部２１５を個々に充填していく。
かかる構成により、制御を簡略化して部品点数を削減できるから、より省電力に効率よく液体Ｌの液面の高さを多値状態で維持する。
もちろん、複数のバルブ制御電極２１８それぞれに対してバルブ制御電極電源Ｖ２を独立に設け、個々のバルブ制御電極２１８に電圧を印加する構成としても、あるいはスイッチのＯＮ・ＯＦＦ動作によって独立に電圧を印加する構成としても良い。
【００４２】
本実施形態において、複数の第２液溜め部２１５は、直列に連結されるので、複雑な電子回路構成を用いずに、省電力で液体Ｌの液面の高さたる界面位置が多値状態で維持される。
【００４３】
また本実施形態において、複数の第２液溜め部２１５のそれぞれを、第１液溜め部２１４の外周に沿って設けているので、複雑な電子回路構成を用いずに、省電力で液体Ｌの液面の高さを多値状態で維持するとともに、光変調素子２１の開口率を高められる。
【００４４】
また本実施形態において、第１液溜め部２１４は、光変調層２１１の空孔構造の下方に配置されている。
かかる構成により、吐出状態において液体Ｌが光変調層２１１の内部から第１液溜め部２１４に重力と吐出力によって移動して、初期状態に戻るための消費電力を低減するから省電力で多値状態が保持・制御される。
【００４５】
また本実施形態において、光変調素子２１は、光変調層２１１の空孔構造と、第２液溜め部２１５とを連結して、光変調層２１１内の液体Ｌの液体量が増減する際に空孔構造と第２液溜め部２１５との間で気体Ｇを移動させる通気部２１６を有している。
かかる構成により、液体Ｌの移動時に気体Ｇも移動させるから、液体Ｌの移動による気体Ｇの圧力の変動を抑制ないし防止して、より効率よく液体Ｌの液面の高さを多値状態で維持する。
【００４６】
図６、図７に本発明の変形例を示す。図６、図７において、光変調素子２１は、周期的に配列された複数の第１液溜め部２１４を有している。また、第１液溜め部２１４は、直方体を中心で交差するように組み合わせた所謂十字型の形状である。
また、複数の第２液溜め部２１５はそれぞれ、図６に示すように、隣接する複数の第１液溜め部２１４が配列された際に生じる空隙に設けられている。具体的には、第２液溜め部２１５は、隣接する複数の第１液溜め部２１４の十字の角で形成された方形の隙間を埋めるように設けられている。
かかる構成により、隣接するセル２４間にある有効領域を広げて、光変調素子２１の開口率がさらに高められるとともに、複雑な電子回路構成を用いずに、省電力で液体Ｌの液面の高さを多値状態で維持する。
本変形例のその他の部分は、図１〜図５を用いて説明した構成と同様であるので、説明を省略する。
【００４７】
図８に、本発明の第２の実施形態として、画像投影装置１０の構成の一例を示す。
図８に示す画像投影装置１０は、図２〜図５で説明した光変調素子２１を画像投影装置１０内の光路中に設けた構成を有している。
画像投影装置１０は、光束を射出する複数、具体的には３つの光源１０１と、各光源１０１の近傍に設置された複数の光変調素子２１と、各光変調素子２１を透過した光束を合成して偏向する画像合成素子１０２と、投影結像光学系１０３と、を有している。
かかる構成により、液晶型の空間光変調素子を用いる際には必要であった偏光板や偏光プリズムが不要になるから、光学系に必要な部品点数を減らして極めて小さな画像投影装置が構成される。
先に説明したように、光変調素子２１の透過率制御は光散乱現象を用いていることから、波長依存性は比較的弱い。そのため光源１０１としてＲＧＢの３色それぞれ独立したＬＥＤを設け、各色成分に対してそれぞれ独立した光変調素子２１を透過させて、ダイクロイッククロスプリズムである画像合成素子１０２によって画像形成を行う方式が望ましい。
このように光源１０１としてＬＥＤを用いることにより、光源１０１の寿命を伸長して、画像投影装置１０のエネルギー利用効率を高められる。
もちろん、光源として白色光源を用いてダイクロイックミラーによって色分割する方式や、ＬＥＤを時分割で発行させ、カラーホイールを用いて色分解して画像を合成する方式としても良い。
このようにして合成された画像を、投影結像光学系１０３によって結像してスクリーン１０４に投影することで、画像投影を行うことができる。
既に説明したように、光変調素子２１は、多値情報を離散的に省電力で保持できることから、本実施形態における画像投影装置１０は、極めて低い消費電力で画像投影を行える。
かかる構成により、極めて低い消費電力で、小型の画像投影装置を提供する。
【００４８】
また、高開口率、かつ透過型の光変調素子２１を用いることで、ＬＣＯＳデバイスを用いた場合のように反射光学系を構成する必要がないから、光学系に必要な部品点数を減らして極めて小さな画像投影装置が提供される。
【００４９】
以上本発明の好ましい実施の形態について説明したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、上述の説明で特に限定していない限り、特許請求の範囲に記載された本発明の趣旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【００５０】
例えば、第１の実施形態において、撮像装置１は、コンパクトデジタルカメラや、携帯機器搭載の小型カメラのような種々の形態の撮像装置であっても良い。
【００５１】
また、第２の実施形態において、画像投影装置１０は、各色光源を用いたカラーの画像投影装置であるが、単一の光源を用いたモノクロの画像投影装置であっても良い。
【００５２】
本発明の実施の形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、本発明の実施の形態に記載されたものに限定されるものではない。
【符号の説明】
【００５３】
１  撮像装置
２  撮像モジュール
３  結像光学系
４  ミラー
６  ファインダー
７  絞り
８  シャッター
９  制御部
１０    画像投影装置
２１    光変調素子
２２    撮像素子
２３    ギャップ規定部材
２４    セル（画素）
３０    結像用レンズ群
１０１  光源
１０２  画像合成素子
１０３  投影結像光学系
２１０  支持基板
２１１  空孔構造（光変調層）
２１２  ウェット電極
２１３  スペーサー
２１４  第１液溜め部
２１５  第２液溜め部
２１６  通気部
２１７  移動制御部
２１８  バルブ制御電極
２１９  電気配線
Ｌ      液体
Ｇ      気体
【先行技術文献】
【特許文献】
【００５４】
【特許文献１】特開２０１０−２８２１０３号公報
【特許文献２】特許４４７２３９７号公報
【特許文献３】特開２０１３−０７３９７６号公報
【特許文献４】特開２０１３−０３７２１０号公報
【非特許文献】
【００５５】
【非特許文献１】ジェラルド・ベニ、ハックウッド（Ｇ．Ｂｅｎｉ，Ｓ．Ｈａｃｋｗｏｏｄ）著、「アプライドフィジクス、レターズ（ＡｐｐＬ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．  ＶｏＬ．３８，Ｉｓｓｕｅ４）」（米国）、１９８１年、ｐ．２０７−２０９
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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