(57)【要約】【課題】投影画像のノイズが少なくコントラストに優れた投影装置を提供する。【解決手段】空間位相変調素子であるＳＰＭ１１０に対して、信号処理回路１４０から、映像データに、ランダム位相付与、フーリエ変換、光学配置に基づく補正を加えて得られるＳＰＭ駆動信号１４４ａを入力することで映像データに対応した回折パターン（ホログラム）を表示し、この回折パターンに、光源１５０から集光レンズ１２１、集光レンズ１２０を介して照射される照明光束１６０の回折によって発生する回折光１６２をスクリーンに投影して画像の表示を行うとともに、ＳＰＭ駆動信号１４４ａによる空間位相変調素子（ＳＰＭ）１１０の書き換え期間中は光源制御信号１４４ｂによって、光源１５０の発光を抑止する投影装置１００である。【選択図】  図１
2008145546.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
前記光源から出射された光束が入射され２次元に複数配置された位相変調を行うための各区画部分で位相変調を行った後に、表示する映像の各画素に対して前記すべての区画部分から出射される回折光によって表示映像を形成するための空間位相変調素子と、
表示する映像に対応して前記空間位相変調素子で位相変調を行う際の空間位相情報を生成する信号処理手段と、を有し、
前記信号処理手段によって生成される空間位相情報が書き換えられ前記空間位相変調素子での位相変調状態が変更されている期間中は前記光源からの光束が前記空間位相変調素子に入射することを抑止することを特徴とする投影装置。
【請求項２】
請求項１記載の投影装置において、前記光源はカラー画像を構成できる３色の原色信号を時間順次に切り替えて出射することを特徴とする投影装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載の投影装置において、前記空間位相情報の書き換え周波数は５４０Ｈｚ以上であることを特徴とする投影装置。
【請求項４】
請求項１記載の投影装置において、
前記光源から出射される光を集光する光学系を有し、
前記光源から出射された光束が前記光学系を経由して集光される集光位置までの途中位置に前記空間位相変調素子を配置し、
かつ、前記空間位相変調素子から回折されずに出射して集光する０次回折光をその集光位置で遮蔽する遮蔽手段を設けたことを特徴とする投影装置。
【請求項５】
請求項１記載の投影装置において、
前記空間位相変調素子は、
前記光源からの光を反射する際に位相変調を行うためのミラー面と、
前記ミラー面上の各区画部分毎に対応して配置されたバネ手段と、
前記バネ手段にそれぞれ対応して配置され電圧を印加することによって前記バネ手段のバネ力に抗して前記ミラー面を移動または変形させるための電極と、
前記電極が配置される基板と、
を有することを特徴とする投影装置。
【請求項６】
請求項１、請求項４、請求項５のいずれか１項に記載の投影装置において、
前記空間位相変調素子の各区画部分の区画数が表示される映像の画素数に等しいかまたは多いことを特徴とする投影装置。
【請求項７】
請求項１または請求項４から請求項６のいずれか１項に記載の投影装置において、
前記空間位相変調素子の位相変調を行うための区画のすべてで形成される位相変調部の輪郭形状は縦横比が等しい正方形であり、表示される映像の縦横比に依存しないことを特徴とする投影装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディスプレイ装置およびその制御技術に関し、たとえば、空間変調素子を用いた回折プロジェクション（ホログラフィックプロジェクション）装置等に適用して有効な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
画像をスクリーンに投影するプロジェクタとして、透過型液晶（Liquid Crystal:  ＬＣ）や反射型液晶（Liquid Crystal On Silicon:  ＬＣＯＳ）、あるいはＤＭＤ（Digital Micro Mirror Device）を用いた方法がある。
【０００３】
ＬＣやＬＣＯＳ等の液晶を用いる場合には、液晶に投影したい画像を表示し、照明光によって当該液晶を照明し、この液晶からの透過光或いは反射光を投影レンズによって、液晶に表示された画像をスクリーンに投影する方法である。
【０００４】
また、ＤＭＤを用いる場合には、画像に従って、ＤＭＤを構成する画素に相当するマイクロミラーをＯＮ／ＯＦＦさせることにより画像を表示し、投影レンズによって画像をスクリーンに投影する。
【０００５】
これらのプロジェクタは、液晶などの画像表示素子に一度画像を表示し、それを投影レンズによって拡大投影表示する方法であり、光源、照明光学系、画像表示素子及び投影レンズから構成されている。色順次式では、光源の色を切り替えるカラーフィルタが必要であり、色毎に複数の画像表示素子を用いる方式では、画像表示素子周囲に設けられた色分離・合成光学系が必要となる。
【０００６】
通常、光源として、高圧水銀ランプなどのインコヒーレント光源が用いられており、画像表示素子に効率よく、かつ均一に照明するために複雑な光学系を必要とする。その結果、照明光学系は大型化し、コストが高くなる欠点がある。
【０００７】
また、画像表示素子に表示された高精細な画像を投影するためには精度の高い投影レンズが必要となり、投影レンズが大型化し、コストも高くなる欠点がある。
更に、カラー化に伴って、カラーフィルタを設けたり、非常に複雑な画像表示素子周囲の色合成・分離光学系が必要となり、プロジェクタの大型化とコスト高を促進することになる。
【０００８】
一つの解決手段として、図２２に示す空間位相変調素子を用いたプロジェクタ１０００が提案されている。この図２２に示される原理のプロジェクタ１０００に関しては、例えば、特許文献１、或いは非特許文献１に詳しい記述がある。このプロジェクタ１０００では光源１００１（レーザ）からの直線偏光の光１００１ａを偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）１００２に入射し、続いてＰＢＳ１００２内で反射させて空間位相変調素子であるＬＣＯＳ１００３に入射させる。ＰＢＳ１００２とＬＣＯＳ１００３の間には図示されていないλ／４板が設けられている。映像情報に従ってＬＣＯＳ１００３で位相変調を受けた回折光１００１ｂは反射してλ／４板を再び通過し、ＰＢＳ１００２を透過して投影レンズ１００４を介してスクリーン１００５に投影される。ＬＣＯＳ１００３の位相変調の有無により位相差πのバイナリー変調が得られる。このように、簡単な照明光学系を使用し、簡単な投影レンズ１００４で済む、小型プロジェクタが試みられている。
【０００９】
しかし、ＬＣＯＳ１００３を使用しているために光の使用効率が低く、また、回折光１００１ｂからの０次光１００１ｃの除去が不十分であり、回折光１００１ｂによってスクリーン１００５に投射される映像の中に０次光１００１ｃの影響が残る、という技術的課題がある。
【００１０】
さらに、空間位相変調素子であるＬＣＯＳ１００３では、位相分布情報の書き換え中は、不定状態となるため、この書き換えの間に光１００１ａを照射しつづけると、ノイズの回折光１００１ｂが発生し、回折光１００１ｂの投影による映像の画質が低下する、という技術的課題もある。
【特許文献１】ＷＯ２００５／０５９８８１号公報
【非特許文献１】ＳＩＤ２００６  ＤＩＧＥＳＴ  ２０１８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の目的は、投影され表示される画像のノイズが少なくコントラストに優れたディスプレイ装置を提供することにある。
本発明の他の目的は、簡単な照明光学系を使用し、投影レンズが省略可能な、あるいは簡単な投影レンズで済み、０次光の影響のない、また光の利用効率の良い、小型で安価なディスプレイ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の第１の態様は、
光源と、
前記光源から出射された光束が入射され２次元に複数配置された位相変調を行うための各区画部分で位相変調を行った後に、表示する映像の各画素に対して前記すべての区画部分から出射される回折光によって表示映像を形成するための空間位相変調素子と、
表示する映像に対応して前記空間位相変調素子で位相変調を行う際の空間位相情報を生成する信号処理手段と、を有し、
前記信号処理手段によって生成される空間位相情報が書き換えられ前記空間位相変調素子での位相変調状態が変更されている期間中は前記光源からの光束が前記空間位相変調素子に入射することを抑止する投影装置を提供する。
【００１３】
本発明の第２の態様は、第１の態様に記載の投影装置において、前記光源はカラー画像を構成できる３色の原色信号を時間順次に切り替えて出射する投影装置を提供する。
本発明の第３の態様は、第１の態様または第２の態様に記載の投影装置において、前記空間位相情報の書き換え周波数は５４０Ｈｚ以上である投影装置を提供する。
【００１４】
本発明の第４の態様は、第１の態様に記載の投影装置において、
前記光源から出射される光を集光する光学系を有し、
前記光源から出射された光束が前記光学系を経由して集光される集光位置までの途中位置に前記空間位相変調素子を配置し、
かつ、前記空間位相変調素子から回折されずに出射して集光する０次回折光をその集光位置で遮蔽する遮蔽手段を設けた投影装置を提供する。
【００１５】
本発明の第５の態様は、第１の態様に記載の投影装置において、
前記空間位相変調素子は、
前記光源からの光を反射する際に位相変調を行うためのミラー面と、
前記ミラー面上の各区画部分毎に対応して配置されたバネ手段と、
前記バネ手段にそれぞれ対応して配置され電圧を印加することによって前記バネ手段のバネ力に抗して前記ミラー面を移動または変形させるための電極と、
前記電極が配置される基板と、
を有する投影装置を提供する。
【００１６】
本発明の第６の態様は、第１の態様、第４の態様、第５の態様のいずれか１項に記載の投影装置において、
前記空間位相変調素子の各区画部分の区画数が表示される映像の画素数に等しいかまたは多い投影装置を提供する。
【００１７】
本発明の第７の態様は、第１の態様または第４の態様から第６の態様のいずれか１項に記載の投影装置において、
前記空間位相変調素子の位相変調を行うための区画のすべてで形成される位相変調部の輪郭形状は縦横比が等しい正方形であり、表示される映像の縦横比に依存しない投影装置を提供する。
【００１８】
上記した本発明によれば、空間位相変調素子が空間位相情報を書き換えている間は光源が発光しないように動作するので、書き換え中の不定な回折パターンが投影されることが防止され、ノイズがなくコントラストに優れた小型で安価なプロジェクタを実現できる。
【００１９】
なお、光源からの光の出射を抑止するとは、光源自体の発光を抑止すること、および光源から出射される光をシャッタ等の光スイッチによって遮ることを含む概念である。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、ノイズが少なくコントラストに優れた画像を表示できる投影装置を提供することができる。
また、簡単な照明光学系を使用し、投影レンズが省略可能な、あるいは簡単な投影レンズで済み、０次光の影響のない、また光の利用効率の良い、小型で安価な投影装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１は、本発明の投影装置の一実施の形態である投影装置の原理と制御方法を示す概念図であり、図２は、本実施の形態の投影装置に接続される信号処理回路の構成の一例を示すブロック図である。
【００２２】
本明細書においては、空間位相変調素子上に複数の区画部分を設けている。この区画部分は空間位相変調素子上の領域を細かな多数の区画に区切ったもので、そのそれぞれの区画部分の物理的な状態を独立に制御することによって、そのそれぞれが所望の位相を持った回折光を出射することができる。この区画部分はＣＣＤ等の光電変換素子や液晶等の画像表示素子で言えば画素に相当するような概念ではあるが、ＣＣＤや液晶の画素がそれ単独で可視画像の一部となりその画素情報はそのまま１対１で投影画像の画素になるのに対し、それぞれの区画と実際に表示される画像との関係はＣＣＤや液晶のそれとは全く異なっている。即ち、本願においては、投影表示されている画像はスクリーン上において可視画像に変換されている状態であり、この時にスクリーン上に再現されている表示画像の画素に着目してみると、この各画素のそれぞれは空間位相変調素子上のすべての区画から出射された回折光の総和で形成されている。即ち、表示される画素１つを形成するのにすべての区画からの回折光が必要ということである。同様に、表示されているすべての個々の画素はそのそれぞれがすべての区画から出射された回折光の総和で形成されている。また、本願に言う位相変調部はこの区画が設けられている全体の輪郭を意味している。
【００２３】
図１に例示されるように、本実施形態の投影装置１００は、空間位相変調素子（ＳＰＭ）１１０（Spatial Phase Modulator:ＳＰＭ）、集光レンズ１２０、集光レンズ１２１、トラップ１３０、信号処理回路１４０、光源１５０、を備えている。
【００２４】
光源１５０からの照明光束１６０を集光レンズ１２１、集光レンズ１２０を介してＳＰＭ１１０に照射し、ＳＰＭ１１０で位相変調がなされた回折光１６２をスクリーン９００に投影し、スクリーン９００上に画像が表示される。基本的には投影レンズは必要ない。もちろん、スクリーン９００との距離を調整する場合や、回折光１６２の広がり角を変更したい場合には投影レンズを設けることができる。その場合でも、画像表示素子に描かれた画像を拡大投影する従来のプロジェクタと違い、空間位相変調された回折光を投影するので、簡単な投影レンズで済ますことができる。
【００２５】
照明光束１６０の回折しない０次光１６１はトラップ１３０により捕捉され、スクリーン９００に投影表示される映像に０次光が混入することによってコントラストが低下するのを防いでいる。図１ではスクリーン９００は、ＳＰＭ１１０の近くに描かれているが、ＳＰＭ１１０の大きさに対して十分遠距離にある。
【００２６】
図２に、ＳＰＭ１１０に入力される信号や、光源１５０を制御する信号処理回路１４０の構成の一例を例示する。本実施の形態の信号処理回路１４０は、ランダム位相付与部１４１、フーリエ変換部１４２、補正部１４３、ＳＰＭドライバ１４４、を含んでいる。
【００２７】
外部の映像データ源８００から入力される映像データ８０１（画像）は、フーリエ変換部１４２においてフーリエ変換されて、空間位相分布の情報となる。しかし、このままでは、空間位相分布とともに強度分布が生じるので、あらかじめ、映像信号（映像データ８０１）に、ランダム位相付与部１４１においてランダムな位相情報を重畳しておく。これは、古くからキノフォームとして知られている技術であり詳述はしない。例えば、これも含めてホログラフィ技術に関しては、W. H. Lee : "Computer-generated holograms: techniques and applications," in Progress in Optics, E. Wolf, ed., (North-Holland, Amsterdam, 1978),Vol.16, pp.119-232 などに詳しく述べられている。
【００２８】
ランダム位相付与部１４１によってランダムな位相を重畳することによって、空間位相分布上の強度が平均化され、位相情報だけで、映像情報を満たすことができる。ランダム位相を付与された映像データはフーリエ変換部１４２でフーリエ変換されて、位相だけの空間位相分布となる（空間位相分布情報８０２）。
【００２９】
次に、補正部１４３において光学配置に基づいた補正を行い、ＳＰＭドライバ１４４を経由してＳＰＭ駆動信号１４４ａとしてＳＰＭ１１０に入力され、ＳＰＭ１１０における空間位相分布情報の書き換えが行われる。
【００３０】
補正部１４３における光学配置に基づいた補正とは、図１に示すディスプレイ装置１００の光学系の配置の場合は、集光レンズ１２０によってＳＰＭ１１０上に表示される空間位相分布が、図示されたスクリーン９００に向かって回折するように空間位相分布を補正することを意味する。
【００３１】
なお、この信号処理回路１４０における一連のデータ処理は、映像データ８０１の映像が実時間でスクリーン９００に表示できるように高速で実行される。例えば、信号処理回路１４０にはＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）やＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）が用いられる。
【００３２】
本実施の形態では、信号処理回路１４０のＳＰＭドライバ１４４は、ＳＰＭ駆動信号１４４ａの他に光源制御信号１４４ｂを光源１５０に出力して当該光源１５０からの照明光束１６０の出射のＯＮ／ＯＦＦのタイミングを制御する。
【００３３】
具体的には、ＳＰＭ駆動信号１４４ａをＳＰＭ１１０に出力することによってＳＰＭ１１０内の空間位相情報を書き換えている間は、光源１５０からの照明光束１６０の出射を抑止するように、光源制御信号１４４ｂによって光源１５０の動作を制御する。
【００３４】
なお、光源の抑止は、光源自体の消灯で実現しても良い他、光源光は点灯したままの状態で出射を抑止する図示しないシャッタを開閉するようにしても良く、あるいは光源光の出射方向を切り替えるようにしても良い。
【００３５】
図３は、カラー表示のための色順次光源制御のプロトコルの一例を示す線図である。ＳＰＭ駆動信号１４４ａによってＳＰＭ１１０が情報を書き換える時間（情報書き換え時間ｔ０）と、光源制御信号１４４ｂによって制御される、赤、緑、青の各々の光源１５０の発光時間（光源発光時間ｔ１）、および発光停止時間ｔ２、との関係を示している。
【００３６】
ＳＰＭ１１０には、空間位相分布の情報を書き換える時間が必要であり、その間はＳＰＭ１１０では空間位相情報を正しく表示していない。
従って、本実施の形態では、ＳＰＭ１１０が動作している間（情報書き換え時間ｔ０）は、光源１５０の発光を停止させる（発光停止時間ｔ２）。
【００３７】
特に、この本実施の形態のごとく、一つのＳＰＭ１１０を用いて色順次で映像を投射する場合、各色でその表示情報は大きく異なるので、ＳＰＭ１１０の情報書き換え時には、表示したい情報とは全く異なる回折パターンが生じるので、回折光１６２の投影を避ける必要がある。もし書き換え中に回折光が投影されてしまうとその瞬間は表示画像全面がノイズとなる画像が表示されることになる。
【００３８】
そこで、本実施の形態では、ＳＰＭ駆動信号１４４ａによってＳＰＭ１１０が書き換え動作を行っている間は、光源制御信号１４４ｂによって光源１５０をＯＦＦにする。そうすることによってノイズがなくコントラストの高い画像を表示することができる。
【００３９】
従って、図３のように、ＳＰＭ１１０の書き換え時間中に、Ｒ、Ｇ、Ｂの光源１５０がＯＮにならないように、間をおいて順次ＯＮにする。光源１５０としては、レーザダイオード（ＬＤ）が望ましい。また、図３では光源１５０のＯＮ期間が表示されているが、ＬＤ等の光源１５０の場合には、このＯＮ期間中にパルス発光してもよい。
【００４０】
図４に透過型の空間位相変調素子（ＳＰＭ１１０）で光が回折される様子を示す。ＳＰＭ１１０には、表示したい情報に対応した空間位相分布情報８０２である回折格子を表示する。ＳＰＭ１１０に読み出し光、すなわち照明光束１６０を入射すると、表示したい情報に変調された信号光、すなわち回折光１６２が射出する。この回折光１６２を適当な距離だけ離したスクリーン９００に当てることで情報が表示される。
【００４１】
表示する回折格子の間隔をｄとすると、照明光束１６０の入射角θRと回折光１６２の射出角θSとの間に、
【００４２】
【数１】
2008145546.tif 000003
【００４３】
の関係がある。例えば、θR＝０度とすると、
【００４４】
【数２】
2008145546.tif 000004
【００４５】
となる。波長λを０．５μｍとして、種々の値に射出角θSを変化させた場合、図５の関係が得られる。この図５から、格子間隔ｄによって回折光１６２の回折角が変化することがわかる。格子間隔ｄを小さくすると回折角（射出角θS）を大きくとることができる。これは、回折光１６２と映像データ８０１の表示には不必要な０次光１６１との分離をするうえで重要な知見となる。
【００４６】
次に、実際に映像データ、すなわち画像を描く場合を考える。ＳＰＭ１１０が描ける画像の細かさを検討する。ＳＰＭ１１０の位相表示面の大きさ（幅）をＤとすると、照明光束１６０（レーザ）を照射した時の、回折による広がり角θδは、
【００４７】
【数３】
2008145546.tif 000005
【００４８】
で表される。幅Ｄの大きさのＳＰＭ１１０で表現できる画像の細かさを表している。０．６インチのＳＰＭ１１０を考える。横幅は、０．６×４／５×２５．４＝１２．２ｍｍであり、波長を０．５μｍとして、広がり角は、２．３５×１０-3度となる。すなわち、このＳＰＭ１１０で表現できる画像の精細度は、角度分解能で、２．３５×１０-3度であることを意味している。
【００４９】
次に、必要な画素数を表現するために必要な条件を検討する。表示画像をＮＴＳＣ（National Television Standards Committee）等の通常のデレビション放送の画像の場合、すなわち横方向の画素数を７２０とすると、回折光１６２の回折角（射出角θS）の変化は、２．３５×１０-3×７２０＝１．７度必要となる。ＨＤＴＶ（High Definition TeleVision）の画像の場合、すなわち横方向の画素数１９２０の場合は、４．５度の回折角変化が必要となる。スーパーハイビジョンの画像の場合、横方向の画素数は７６８０であり、必要な回折角変化は１８度に達する。これらの情報を表示するには、（２）式から、それぞれ、ＳＰＭ１１０にｄ＝１７μｍ、６．４μｍ、１．６μｍの回折格子を表示することが必要になることが分かる。ＳＰＭ１１０には、それだけ細かい格子を表示する能力が求められる。
【００５０】
間隔ｄの回折格子を表示するには、
【００５１】
【数４】
2008145546.tif 000006
【００５２】
を満たすＳＰＭ１１０が必要となる。ここで、ＰはＳＰＭ１１０を構成する各区画部分間のピッチである。ＮＴＳＣ、ＨＤＴＶ、スーパーハイビジョンのそれぞれについて、ＳＰＭ１１０の一つの区画部分画素の大きさは、８．５μｍ、３．２μｍ、０．８μｍ程度が好ましい。
【００５３】
ピッチＰのＳＰＭ１１０は、（４）式以上の回折格子を表示できないので、（２）式で表される回折角が、表示できる最も大きな回折角（最も細かい情報）である。ここで、簡単のため、回折光１６２の回折角θSがそれほど大きくないと仮定すると、（２）式は、
【００５４】
【数５】
2008145546.tif 000007
【００５５】
と書くことが出来る。表示したい画素列数（横方向の画素数）をＮとすると、０次光１６１を避けて情報を表示するためには、表示したい画素数を表示するに必要な広がり角（Ｎ・θδ）が回折角θSより小さいことが必要である。従って、
【００５６】
【数６】
2008145546.tif 000008
【００５７】
（３）〜（５）式を代入すると、
【００５８】
【数７】
2008145546.tif 000009
【００５９】
が得られる。ここで、Ｄ／Ｐは、ＳＰＭ１１０の横方向の区画数であるから、ＳＰＭ１１０の横方向の区画数をＭ（区画列数）とすると、
【００６０】
【数８】
2008145546.tif 000010
【００６１】
が、ＳＰＭ１１０に必要な条件となる。
また、空間変調素子であるＳＰＭ１１０のピッチＰは、
【００６２】
【数９】
2008145546.tif 000011
【００６３】
と表すこともできる。
図６に本発明の別の実施形態である投影装置２００を示す。この投影装置２００は、ＳＰＭ２１０、照明光学系２２０、トラップ２３０、信号処理回路２４０、光源２５０を含んでいる。
【００６４】
照明光学系２２０は、空間フィルタ２２１、コリメータ２２２、集光レンズ２２３を含んでいる。
この投影装置２００の信号処理回路２４０の構成は、上述の信号処理回路１４０と同様である。
【００６５】
すなわち、この投影装置２００の場合、ＳＰＭ駆動信号１４４ａによってＳＰＭ２１０における空間位相情報の書き換えを制御し、この書き換えの間、光源制御信号１４４ｂによって、光源２５０の発光を抑止する制御を行う。
【００６６】
光源２５０としてのＬＤ（レーザダイオード）からの光は、空間フィルタ２２１とコリメータ２２２、及び集光レンズ２２３で構成される照明光学系２２０を通って、照明光束２６０となりＳＰＭ２１０を照明する。
【００６７】
信号処理回路２４０において、映像データ源８００からの映像データ８０１を変換した映像情報に基づいて変調されたＳＰＭ２１０から出射される回折光２６２はスクリーン９００上に所望の映像を表示する。補正部１４３における光学配置に基づいた補正は、ＳＰＭ２１０上に表示される空間位相分布が、図６に示されたスクリーン９００に向かって回折するようにフーリエ変換で得られる空間位相分布を補正することを意味する。
【００６８】
空間フィルタ２２１は、光源２５０であるレーザの雑音を除き綺麗な照明光束２６０を作る役割をする。ＳＰＭ２１０で回折されない０次光２６１はトラップ２３０で遮蔽され、表示される映像に悪影響を及ぼさない工夫がされている。トラップ２３０は、回折光２６２の広がりの中に含まれているが、スクリーン９００は、トラップ２３０の位置から遠方にあり、トラップ２３０の影は映像にほとんど悪影響を及ぼさない。簡単な照明光学系２２０で、かつ投影レンズが不要である。
【００６９】
また、信号処理回路２４０によるＳＰＭ２１０の書き換え中は、光源２５０の発光が抑止されるので、書き換え中の不定な状態のＳＰＭ２１０に照明光束２６０を照射して投影することに起因するノイズ画像の発生も押さえることができる。
【００７０】
この場合、回折光２６２は０次光２６１を挟んでいるので、マイナス１次の回折光２６２を考慮する必要がある。先の実施形態では、プラスあるいはマイナスの片方の回折だけが考慮されている。従って、（６）式は、改めて、
【００７１】
【数１０】
2008145546.tif 000012
【００７２】
となり、ＳＰＭ２１０に求められる条件は、
【００７３】
【数１１】
2008145546.tif 000013
【００７４】
となる。例えば、ＨＤＴＶの映像信号を表示する場合、ＳＰＭ２１０の横方向区画数は、１９２０以上が好ましい。この場合、０．６インチのＳＰＭ２１０の各区画部分の大きさは、６．４μｍである。先の例より、区画部分の大きさは倍で構わないことになる。ＮＴＳＣならば、区画部分の大きさ、１７μｍ、スーパーハイビジョンの場合、１．６μｍとなる。
【００７５】
また、空間変調素子であるＳＰＭ２１０のピッチＰは、
【００７６】
【数１２】
2008145546.tif 000014
【００７７】
と表すこともできる。
図７Ａおよび図７Ｂは、表示したい映像のリアルドメインと空間位相分布のフーリエドメインの例を示す概念図である。リアルドメイン６０１は、例えば表示したい画像データ、或いは表示されたスクリーン上の画像である。図７Ａでは、横×縦＝１６×９の画素になっている。ＨＤ−ＴＶフォーマットの場合、１９２０×１０８０である。これをフーリエ変換して空間位相情報の基礎データを作るのであるが、この場合、表示したい映像の最大空間周波数は、縦と横で等しいので、空間位相変調素子の縦横の大きさは等しくするのが効率的である。投影して表示する画像の縦横比がどのような比であってもその比には依存しない。
【００７８】
図７Ｂは、空間位相変調素子の縦横の大きさが等しい場合のフーリエドメイン６１１を示している。この場合でも、先に示したごとく、空間位相変調素子の横（縦）方向の区画数は、表示したい画像の横（縦）方向の画素数に等しいか、それ以上であることが望ましい。等しいとすると、図７Ｂで示したように、フーリエドメイン６１１は、横方向の区画部分の間隔が縦方向の区画部分の間隔より小さくなる。区画部分数は、１６×９である。
【００７９】
図８Ａは、縦方向の区画部分の間隔が横方向と同様に小さい空間位相変調素子の場合のフーリエドメイン６１２を示している。図８Ｂは、区画部分の間隔を縦方向に合わせたフーリエドメイン６１３の例である。このフーリエドメイン６１３の場合、空間位相変調素子の区画数が少なくてすむが、横方向の低周波像の再現性が理論上は若干劣化する。
【００８０】
画像を
2008145546.tif 000015
、そのフーリエ変換を
2008145546.tif 000016
で表すと、
【００８１】
【数１３】
2008145546.tif 000017
【００８２】
となる。しかし、実際のプロジェクタでは、フーリエ変換はデジタル計算によって高速に行われる。従って、離散的フーリエ変換が使われる。この場合、
【００８３】
【数１４】
2008145546.tif 000018
【００８４】
で表される。
2008145546.tif 000019
は画像で、ｋ、ｌは画素の番地と考えると分かりやすい。画素数は、Ｍ×Ｎ個あることになる。
2008145546.tif 000020
は、フーリエ変換である。このとき、
【００８５】
【数１５】
2008145546.tif 000021
【００８６】
とおくと、この離散的フーリエ変換は、高速フーリエ変換（FFT：Fast Fourier Transform））を用いることができる。ＦＦＴを用いることにより画像を短時間、実時間でフーリエ変換でき、動画対応が可能となる。
【００８７】
従って、表示したい画素数（Ｍ×Ｎ）と空間位相変調素子の位相変調用の区画部分の数とを等しくしておくと都合が良い。縦横の画素数と区画数についても同様である。変換によっても情報量は保たれる必要十分条件を満たすことが出来るため、表示される画像を形成するのに十分な情報量が確保され、解像度等が確保された高品位の画像を表示することができる。もちろん投影表示したい画素の列数より区画部分の列数が多ければさらに情報量の増大化が可能である。なお、Ｍ及びＮは、それぞれ２のべき乗が計算しやすい。したがって、空間位相変調素子における区画部分の縦の列数および横の列数は、２のべき乗とすることで演算処理の高速化が実現できる。
【００８８】
図９Ａおよび図９Ｂに、簡単のために一次元のフーリエ変換の様子を示す。画素数Ｎの場合、離散フーリエ変換の結果の数値の個数はＮ個である（図９Ａ）。フーリエ変化の結果は、図９Ｂに示されているが、Ｇ0が周波数０、ＧN-1は、画像の周波数を表現できる最大周波数となっている。
【００８９】
図１０に、本発明のさらに別の実施形態である投影装置３００を示す。この投影装置３００は、ＳＰＭ３１０、レンズ３２０、トラップ３３０、信号処理回路３４０、光源３５０を含んでいる。
【００９０】
ＳＰＭ３１０および光源３５０に接続された信号処理回路３４０は、信号処理回路１４０と同様の構成である。
すなわち、この投影装置３００の場合、ＳＰＭ駆動信号１４４ａによってＳＰＭ３１０における空間位相情報の書き換えを制御し、この書き換えの間、光源制御信号１４４ｂによって、光源３５０の発光を抑止する制御を行う。
【００９１】
光源３５０としてのＬＤ（レーザダイオード）からの光は、レンズ３２０を通過することによって照明光束３６０となり、ＳＰＭ３１０に照射される。ここで、空間フィルタ等は省略されている。ＳＰＭ３１０としては、反射型の空間位相変調素子が用いられており、回折光３６２がＳＰＭ３１０から出射される。回折光３６２はレンズを通過してスクリーン９００に映像を形成する。０次光３６１も反射されるが、トラップ３３０によって遮蔽され表示される映像に何らの悪影響も及ぼさない。０次回折光３６１は回折角が０度であり直進するため、図１０に示すように光源３５０を回折光の光路外に配置し、ＳＰＭ３１０の表面に対して斜め方向から入射させることにより、トラップ３３０の配置位置をスクリーンに向けて投影される回折光の光束外に配置できるので、図６に示す投影装置とは異なり、回折光の光束内から遮蔽部材を排除でき、遮蔽部材によって発生する回折光の影をゼロとすることができる。
【００９２】
この投影装置３００は、レンズ３２０という非常に簡単な光学系で構成されている。従って小型化、低コスト化に有利である。ここでも、信号処理回路３４０の補正部１４３では、光学配置に基づいた補正が行われる。回折光３６２がレンズを通ってスクリーン９００に向かうように、フーリエ変換で得られる空間位相分布を補正することを意味する。
【００９３】
また、信号処理回路３４０は、ＳＰＭ駆動信号１４４ａによるＳＰＭ３１０の書き換え中は、光源制御信号１４４ｂによって光源３５０の発光を抑止するように動作するので、不定状態のＳＰＭ３１０に照明光束３６０が照射されて投影されることに起因するノイズ画像の発生を防止して、スクリーン９００に投影される映像の画質を向上させることができる。
【００９４】
図１１に本発明のさらに別の実施形態である投影装置４００を示す。この投影装置４００は、ＳＰＭ４１０、集光レンズ４２０、トラップ４３０、信号処理回路４４０、光源４５０を含んでいる。この投影装置４００の信号処理回路４４０は、上述の信号処理回路１４０と同様の構成である。
【００９５】
すなわち、この投影装置４００の場合、ＳＰＭ駆動信号１４４ａによってＳＰＭ４１０における空間位相情報の書き換えを制御し、この書き換えの間、光源制御信号１４４ｂによって、光源４５０の発光を抑止する制御を行う。
【００９６】
光源４５０としてのＬＤ（レーザダイオード）からの光は、集光レンズ４２０を経由することによって照明光束４６０となり、ＳＰＭ４１０に照射される。ここで、空間フィルタ等は省略されている。ＳＰＭ４１０としては、反射型の空間位相変調素子が用いられており、回折光４６２がＳＰＭ４１０から出射される。０次光４６１も出射し回折光４６２の広がりの中に射出するが、トラップ４３０によって遮蔽され表示される映像に悪影響を及ぼさない。
【００９７】
この投影装置４００の場合も非常に簡単な光学系である。従って小型化、低コスト化に有利である。
この場合も、信号処理回路４４０においては、補正部１４３によって光学配置に基づいた補正が行われ、ＳＰＭ４１０上に表示される空間位相分布が、図示されたスクリーン９００に向かって回折するようにフーリエ変換で得られる空間位相分布（空間位相分布情報８０２）を補正することを意味する。
【００９８】
さらに、この投影装置４００においては、書き換え中の不定な状態のＳＰＭ４１０に対する光源４５０からの照明光束４６０の照射が抑止されるので、書き換え中の不定な状態のＳＰＭ４１０に照明光束４６０が照射されて投影されることに起因するノイズ画像の発生が防止され、スクリーン９００に投影表示される映像の画質を向上させることができる。
【００９９】
以上に例示した投影装置１００、投影装置２００、投影装置３００、投影装置４００の各々では、投影レンズを含んでいない実施形態の場合も、適宜、回折光の光路に投影レンズを挿入しても良い。
【０１００】
回折による映像表示は、ＳＰＭ１１０、ＳＰＭ２１０、ＳＰＭ３１０、ＳＰＭ４１０の各々の大きさに対してスクリーン９００までの投影距離が大きい場合、焦点調節の必要がない。しかし、スクリーン９００までの距離が近距離の場合は、焦点調節用に投影レンズが必要な場合がある。また、画角の大きさを変化させる（所謂ズーム）ことが必要な場合も、ズーム機能を担う投影レンズを付加することができる。
【０１０１】
これらの場合でも、従来のプロジェクタの投影レンズよりも安価で小型のものが利用できる。
また、投影装置１００、投影装置２００、投影装置３００、投影装置４００のいずれの実施形態の場合も、赤、緑、青、すなわちＲ、Ｇ、Ｂのレーザダイオード（ＬＤ）（光源２５０、光源３５０、光源４５０）を用いて時分割で各色を順次表示することにより、フルカラー表示が可能である。
【０１０２】
この場合、信号処理回路１４０のＳＰＭドライバ１４４からは、光源２５０、光源３５０、光源４５０の各々において、各色の出力に切り替えるために、ＳＰＭ駆動信号１４４ａに同期して光源制御信号１４４ｂが出力される。個々の光源２５０、光源３５０、光源４５０は、光源制御信号１４４ｂに基づいて、上述の図３に示したプロトコルにて、Ｒ、Ｇ、Ｂの発光タイミングを制御する。
【０１０３】
Ｒ、Ｇ、Ｂの各ＬＤからの光路を合成して一つの光路にするのは公知であるので、図示していない。
通常、映像表示は６０Ｈｚであり、従って、光源制御信号１４４ｂによる３色の切り替えは、１８０Ｈｚが最低限必要である。しかし、カラーブレイクアップ（Color breakup）現象を低減するためには、５４０Ｈｚ以上が望ましい。従って、ＳＰＭ１１０の空間位相分布の切り替え速度は、最低でも１８０Ｈｚ、できれば５４０Ｈｚ以上が好ましい。
【０１０４】
図１２Ａおよび図１２Ｂに本発明のさらに別の実施形態の投影装置５００を示す。図１２Ａは、投影装置５００の平面図であり、図１２Ｂは、投影装置５００の側面図である。
本実施の形態の投影装置５００は、光の三原色であるＲ、Ｇ、Ｂの各々に対応して、ＳＰＭ５１０Ｒ、ＳＰＭ５１０Ｇ、ＳＰＭ５１０Ｂが設けられている。
【０１０５】
ＳＰＭ５１０Ｒ、ＳＰＭ５１０Ｇ、ＳＰＭ５１０Ｂには、信号処理回路５４０が接続されている。信号処理回路５４０は、上述の信号処理回路１４０と同様の構成である。
すなわち、信号処理回路５４０は、ＳＰＭ駆動信号１４４ａによって、ＳＰＭ５１０Ｒ、ＳＰＭ５１０Ｇ、ＳＰＭ５１０Ｂの各々の書き換えを実行する間は、光源制御信号１４４ｂによって、光源５５０Ｒ、光源５５０Ｇ、光源５５０Ｂの発光を抑止する動作を行う。
【０１０６】
なお、この場合、ＳＰＭ５１０Ｒ、ＳＰＭ５１０Ｇ、ＳＰＭ５１０Ｂが並行して同時に書き換え動作が発生するため、図３に例示したプロトコルとは異なり、光源５５０Ｒ、光源５５０Ｇ、光源５５０Ｂの発光を抑止するタイミングは同時になる。
【０１０７】
赤（Ｒ）に対応したＳＰＭ５１０Ｒには、光源５５０Ｒ、コリメータ５２１Ｒ、全反射プリズム５２２Ｒ、トラップ５３０Ｒか設けられている。
緑（Ｇ）に対応したＳＰＭ５１０Ｇには、光源５５０Ｇ、コリメータ５２１Ｇ、全反射プリズム５２２Ｇ、トラップ５３０Ｇが設けられている。
【０１０８】
青（Ｂ）に対応したＳＰＭ５１０Ｂには、光源５５０Ｂ、コリメータ５２１Ｂ、全反射プリズム５２２Ｂ、トラップ５３０Ｂが設けられている。
全反射プリズム５２２Ｒ、全反射プリズム５２２Ｇ、全反射プリズム５２２Ｂは、色合成プリズム５２３の側面に、投影レンズ５２４とともに装着され、光学系５２０を構成している。
【０１０９】
図１２Ｂは、光学系５２０において、三原色の一つの青（Ｂ）に対応したＳＰＭ５１０Ｂの部分に着目した図である。
この図１２Ｂに例示されるように、光源５５０ＢであるＬＤ光源（青）から発した照明光束５６０Ｂは、全反射プリズム５２２Ｂで反射された後、コリメータ５２１Ｂによって平行光とされ、青色用のＳＰＭ５１０Ｂに入射する。０次光５６１Ｂは、再びコリメータ５２１Ｂを通って、全反射プリズム５２２Ｂで反射されトラップ５３０Ｂに到達する。これにより、不要な０次光５６１Ｂを取り除いている。青色用のＳＰＭ５１０Ｂに表示された青色映像用の空間位相変調による回折光５６２Ｂは、コリメータ５２１Ｂにより概略平行な光束となり、色合成プリズム５２３に入射して、色合成プリズム５２３の反射面で反射され、投影レンズ５２４を介して、スクリーン９００に投影される。
【０１１０】
この場合、上述のように、ＳＰＭ５１０Ｂが書き換え中は、光源５５０Ｂの発光が抑止されるので、書き換え中の不定な状態におけるＳＰＭ５１０Ｂに対して照明光束５６０Ｂの照射が行われることに起因する投影映像のノイズの発生が防止される。
【０１１１】
光源５５０Ｒ、ＳＰＭ５１０Ｒにおける照明光束５６０Ｒ、０次光５６１Ｒ、回折光５６２Ｒも同様である。
光源５５０Ｇ、ＳＰＭ５１０Ｇにおける照明光束５６０Ｇ、０次光５６１Ｇ、回折光５６２Ｇも同様である。
【０１１２】
図１２Ａに示されるように赤（Ｒ）と緑（Ｇ）用に、青（Ｂ）と同様の光学系が用意され色合成プリズム５２３によりＲ、Ｇ、Ｂが合成されフルカラー映像がスクリーン９００に投影表示される。投影レンズ５２４は凹レンズ（負パワー）であるが、凸レンズ（正パワー）でもかまわない。色順次方式と違って、カラーブレイク現象の心配がない。
【０１１３】
ＳＰＭ５１０Ｒ、ＳＰＭ５１０Ｇ、ＳＰＭ５１０Ｂには、ＬＣ、ＬＣＯＳ等を用いることができる。ＬＣは開口率を大きくできず光の利用効率が悪く、ＬＣＯＳも反射率が低く回折効率を向上し難い。ＤＭＤ（Digital Mirror Device）は、空間位相変調素子として利用できないが、空間位相を振幅回折素子として具現できる空間強度変調（ＯＮ／ＯＦＦ）素子として利用できる。この場合、回折効率は大きくできない。なお、空間位相変調素子と空間強度変調素子を合わせて空間変調素子とする。これもＳＰＭ５１０Ｒ、ＳＰＭ５１０Ｇ、ＳＰＭ５１０Ｂと同様に用いることができる。短冊状の柔軟なマイクロミラーを変形させるデバイスも提案されている（たとえば、米国特許第５，４９３，４３９号公報）。この方法は、短冊の長手方向に垂直な方向に特有の回折が生じ、また、一方向だけ画素毎に繋がることになり、最適な回折パターンが得られない欠点が生じる。
【０１１４】
ここでは、ＳＰＭとして、さらに好適なＭＭＤ（Magic Mirror Device）素子を提案する。
図１３Ａおよび図１３Ｂに、本発明の各実施の形態の投影装置に用いられるＳＰＭとして好適な反射型の空間位相変調素子（ＳＰＭ３１０、ＳＰＭ４１０、ＳＰＭ５１０Ｒ〜ＳＰＭ５１０Ｂ）を構成できるＭＭＤ素子１０を示す。
【０１１５】
図１４はＭＭＤ素子１０の模式的な平面図、図１５は、ＭＭＤ素子１０の斜視図である。なお、図１３Ａおよび図１３Ｂは、図１５における線XIII-XIIIの部分の断面図である。
【０１１６】
本実施の形態のＭＭＤ素子１０は、基板１１、絶縁層１２、電極１３、バネ１４、支柱１５、連結薄膜１６、一体型のミラー１７を含んでいる。
ＭＭＤ素子の表面上は、一体型のミラーからなるミラー面となっており、位相変調を行うための区画部分１０Ｐが２次元に複数配置されている。このミラーは、一体型のミラー面としても良く、または一体型を複数に分割したミラー面としても良い。一体型のミラーに対して複数の電極で制御する場合には、ミラーに柔軟性が必要である。図１４Ａでは、一つの一体型のミラー１７に対して各区画部分１０Ｐにそれぞれ電極を対応させている様子を示している。位相変調用の各区画部分をドライブするスイッチ回路を含む基板１１の上に絶縁層１２が設けられており、その上にバネ１４が設けられている。
【０１１７】
各バネ１４の下方には、該スイッチ回路に接続された電極１３が設けられており、電極１３に電位を与えた時のクーロン力によって、図１３Ｂに示すように、ミラー１７の所望の区画部分を窪ませるように変形することができる。
【０１１８】
位相変調用の各区画部分１０ｐのそれぞれに対応してバネ１４が配置されており、バネ１４の上部の支柱１５を介して設けられている連結薄膜１６上のミラー１７はＭＭＤ素子１０の表面において一体に繋がっている。
【０１１９】
図１４に各区画部分の配置の様子が示されている。ミラー１７が一体に繋がっていることにより、ミラー１７の形状変化も連続的緩やかに生じるので不要な回折次数の発生を抑えるとともに回折効率の向上を行うことができる。薄膜１６は柔軟性と耐久性に富む材料で形成されており、ミラー１７は反射率の高い金属或いは誘電体多層膜で形成される。
【０１２０】
なお、ミラー１７は、電圧を印加されて窪んだ後に電圧をゼロにする事によってバネ１４の復元力により初期状態まで戻る事ができる。
図１５は、ＭＭＤ素子１０を斜め上方から見た図である。一体型のミラー１７は基板１１の上に配置されている。ミラー１７は一体型であり、柔軟性を有している。
【０１２１】
電極１３に電圧が加えられると、バネ１４は基板１１に近づき、ミラー１７の表面が窪むように変形する。この変位量Δｈは、波長の１／４としている。これによって、往復で半波長、すなわちπの位相差を形作ることができる。これは、位相を反転するだけのバイナリー動作であるが、バネ１４のバネ定数を適切に選択することにより、印加する電圧値によってバネ１４の歪、すなわち連結ミラー１７の窪み変形量（変位量Δｈ）を制御することができる。
【０１２２】
この場合は、最大波長の１／２だけ窪むようにすると、往復で最大１波長分の位相差を形成することができる。バイナリー変調よりも高い回折効率を得ることができる。
基板１１にはＳｉ、絶縁層１２にはＳｉＯ2やＳｉＣなど、バネ１４には柔軟な金属や導電性有機フィルムを用いることができる。有機フィルムに導電性素材をコートしても良い。電極１３には、Ａｌ、Ｃｕ、Ｗなどを用いることができる。薄膜１６には、柔軟性のある有機フィルムやＳｉ2Ｎ3なども用いることができる。ミラー１７を用いているので光を１００％近く利用することができる効率の良いＳＰＭ１１０を実現できる。
【０１２３】
なお、本実施の形態に用いるバネ１４の構造やバイナリー制御に関しては、米国特許第５，８３５，２５５号公報や米国特許第６，０４０，９３７号公報などを参考にすることができる。これらは、ファブリペローエタロンの原理を用いて、カラー表示を行う素子に関する技術について述べている。
【０１２４】
図１６Ａおよび図１６Ｂに、ＭＭＤ素子１０の他の実施形態であるＭＭＤ素子１０−１を示す。図１７は、ＭＭＤ素子１０−１を斜め上方から見た図である。なお、図１６Ａおよび図１６Ｂは、図１７における線XVI-XVIの部分の断面図である。
【０１２５】
このＭＭＤ素子１０−１では、個々のバネ１４（支柱１５）の各々毎に、すなわち各区画部分毎に、孤立した薄膜１８および孤立したミラー１９が孤立して設けられている点が、上述のＭＭＤ素子１０と異なっている。
【０１２６】
図１７に例示されるように、ミラー１９は基板１１上に二次元に配置されている。ここで、支柱１５、バネ１４は破線で示されている。画素の配置が、１９２０×１０８０の場合、ミラー１９の数は、例えば、１９２０×１０８０＝２，０７３，６００個である。基本的には、区画部分の縦横の並びのピッチは同じである。もちろん違っていても良い。ミラー１９の間隔は、互いのミラー１９が干渉しないように、極限まで近づけるのが好ましい。
【０１２７】
また、本実施の形態のこの空間位相変調素子は、位相変調が行える機能があれば良いので、光の波長の数分の一程度の変位量を形成できる制御を行うことでその機能を発揮できる。従って、ミラーの面精度は、十分の一波長程度が必要である。また、光の利用効率や映像のコントラストを考えると、ミラーの表面粗さは、波長の１００分の一程度が望ましい。従って、可視光で使用する場合、面精度は５０ｎｍ以下、面粗さは５ｎｍ以下が望ましい。精度はｒｍｓで達成されていても、ピークツーピークで達成されていてもよい。
【０１２８】
位相変調用の各区画部分をドライブするスイッチ回路を含む基板１１の上に絶縁層１２が設けられており、その上にバネ１４が設けられている。各バネ１４の下方には、該スイッチ回路に接続された電極１３が設けられており、電極１３に電位を与えた時のクーロン力の有無によって、図１６Ｂに示すように、ミラー１９を上下に変位させることができる。
【０１２９】
位相変調用の各区画部分にそれぞれ対応するバネ１４が設けられており、バネ１４の上部の支柱１５を介して薄膜１８とミラー１９が設けられている。薄膜１８はミラー１９を支える固い材料で形成されており、ミラー１９は反射率の高い金属或いは誘電体多層膜で形成される。
【０１３０】
電極１３に電圧が加えられると、バネ１４は基板１１に近づく方向に吸引され、ミラー１９が下降する。この変位量Δｈ１が、波長の１／４である場合は、ミラー１９の下降変位と復帰変位の往復で１／２波長、すなわちπの位相差を形作ることができる。これは、位相を反転するだけのバイナリー動作であるが、バネ１４のバネ定数を適切に選択することにより、印加する電圧値によってバネ１４の歪、すなわち孤立ミラー１９の窪み量（変位量Δｈ１）を制御することができる。この場合は、最大波長の１／２だけ窪むようにすると、往復で最大１波長分の位相差を形成することができる。バイナリー変調よりも高い回折効率を得ることができる。
【０１３１】
基板１１にはＳｉ、絶縁層１２にはＳｉＯ2やＳｉＣなど、バネ１４には柔軟な金属や有機フィルムを用いることができる。電極１３には、Ａｌ、Ｃｕ、Ｗなどを用いることができる。薄膜１８には、固さのある有機フィルムやＳｉなども用いることができる。ミラー１９を用いているので光を１００％近く利用することができる効率の良いＳＰＭ１１０を提供することができる。
【０１３２】
上述したＭＭＤ素子１０およびＭＭＤ素子１０−１の構成は種々変形可能である。
たとえば、上述の図１３Ａに例示したＭＭＤ素子１０においては、電極１３が絶縁層１２に埋め込まれているが、図１８の変形例に例示されるように、絶縁層１２の上に電極１３ａを配置した構成としてもよい。
【０１３３】
同様に、上述の図１６Ａに例示したＭＭＤ素子１０−１においては、電極１３が絶縁層１２に埋め込まれているが、図１９の変形例に例示されるように、絶縁層１２の上に電極１３ａを配置した構成としてもよい。
【０１３４】
また、ＭＭＤ素子１０およびＭＭＤ素子１０−１のいずれにおいても、支柱１５は、図２０に例示されるような断面が円形の円柱形に限らず、図２１に例示されるような、断面が四角形の角柱の支柱１５ａであってもよい。
【０１３５】
また、バネ１４の構造としては、上述の実施の形態で例示したような、絶縁層１２に両端が当接あるいは固定された両端支持構造に限らず、絶縁層１２に一端が固定された片持ち構造でも良い。
【０１３６】
上述の本実施の形態のＭＭＤ素子１０、ＭＭＤ素子１０−１等のＭＭＤの場合、上述の図３で示した、色順次光源制御プロトコルにおいて、ＳＰＭの情報書き換え時間ｔ０は、ＭＭＤの変形時間に相当する。
【０１３７】
なお、回折を用いた表示素子としてＧＬＶ（Ｇｒａｔｉｎｇ  Ｌｉｇｈｔ  Ｖａｌｖｅ）が知られているが、これは、画像の強度の変調を行うものであり、空間位相変調を行う本発明とは異なる。短冊状のミラーを固定された短冊状のミラーの間で上下させ、干渉によって、反射、無反射による光のＯＮ／ＯＦＦを行うものである。例えば、米国特許第５，８４１，５７９号公報、米国特許第５，９８２，５５３号公報に述べられている。こちらも、本発明と異なっている。
【０１３８】
なお、本発明は、上述の実施の形態に例示した構成に限らず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
本発明によれば、投影画像のノイズが少なくコントラストに優れたディスプレイ装置を提供することができる。
【０１３９】
また、簡単な照明光学系を使用し、投影レンズが省略可能な、あるいは簡単な投影レンズで済み、０次光の影響のない、また光の利用効率の良い、小型で安価なディスプレイ装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【０１４０】
【図１】本発明の一実施の形態である投影装置の構成の一例を示す概念図である。
【図２】本発明の一実施の形態である投影装置に接続される信号処理回路の構成の一例を示すブロック図である。
【図３】本発明の一実施の形態である投影装置およびその制御方法におけるカラー表示のための色順次光源制御のプロトコルの一例を示す線図である。
【図４】空間位相変調素子において光が回折される様子を示す概念図である。
【図５】空間位相変調素子において格子間隔と回折光の回折角との関係を示す説明図である。
【図６】本発明の別の実施形態である投影装置を示す概念図である。
【図７Ａ】表示したい映像のリアルドメインと空間位相分布のフーリエドメインの例を示す概念図である。
【図７Ｂ】空間位相変調素子の縦横の大きさが等しい場合のフーリエドメインの例を示す概念図である。
【図８Ａ】縦方向の画素間隔が横方向と同様に小さい空間位相変調素子の場合のフーリエドメインの例を示す概念図である。
【図８Ｂ】画素間隔を縦方向に合わせたフーリエドメインの例を示す概念図である。
【図９Ａ】一次元のフーリエ変換における変換結果の数値の分布を示す線図である。
【図９Ｂ】一次元のフーリエ変換における変換結果の周波数の分布を示す線図である。
【図１０】本発明のさらに別の実施形態である投影装置を示す概念図である。
【図１１】本発明のさらに別の実施形態である投影装置を示す概念図である。
【図１２Ａ】本発明のさらに別の実施形態である投影装置を示す平面図である。
【図１２Ｂ】本発明のさらに別の実施形態の投影装置の一部を示す側面図である。
【図１３Ａ】本発明の各実施の形態の投影装置に用いられるＳＰＭとして好適な反射型の空間位相変調素子の構成の一例を示す断面図である。
【図１３Ｂ】本発明の各実施の形態の投影装置に用いられるＳＰＭとして好適な反射型のＭＭＤ素子の動作状態の一例を示す断面図である。
【図１４】本発明の各実施の形態の投影装置に用いられるＳＰＭとして好適な反射型のＭＭＤ素子における画素配置の一例を示す平面図である。
【図１５】本発明の各実施の形態の投影装置に用いられるＳＰＭとして好適な反射型のＭＭＤ素子を斜め上方から見た斜視図である。
【図１６Ａ】本発明の各実施の形態の投影装置に用いられるＳＰＭとして好適な反射型のＭＭＤ素子の別の構成例を示す断面図である。
【図１６Ｂ】本発明の各実施の形態の投影装置に用いられるＳＰＭとして好適な反射型のＭＭＤ素子の別の構成例の動作状態を示す断面図である。
【図１７】本発明の各実施の形態の投影装置に用いられるＳＰＭとして好適な反射型のＭＭＤ素子の別の構成例を斜め上方から見た斜視図である。
【図１８】図１３Ａおよび図１３Ｂに例示したＭＭＤ素子の変形例を示す断面図である。
【図１９】図１６Ａおよび図１６Ｂに例示したＭＭＤ素子の変形例を示す断面図である。
【図２０】ＭＭＤ素子における支柱の構成例を示す断面図である。
【図２１】ＭＭＤ素子における支柱の構成の変形例を示す断面図である。
【図２２】本発明の参考技術である投影装置の構成を示す概念図である。
【符号の説明】
【０１４１】
１０  ＭＭＤ素子
１０−１  ＭＭＤ素子
１０ｐ  画素
１１  基板
１２  絶縁層
１３  電極
１３ａ  電極
１４  バネ
１５  支柱
１６  薄膜
１７  ミラー
１８  薄膜
１９  ミラー
１００  ディスプレイ装置
１１０  空間位相変調素子（ＳＰＭ）
１２０  集光レンズ
１２１  集光レンズ
１３０  トラップ
１４０  信号処理回路
１４１  ランダム位相付与部
１４２  フーリエ変換部
１４３  補正部
１４４  ＳＰＭドライバ
１４４ａ  ＳＰＭ駆動信号
１４４ｂ  光源制御信号
１５０  光源
１６０  照明光束
１６１  ０次光
１６２  回折光
２００  投影装置
２１０  ＳＰＭ
２２０  照明光学系
２２１  空間フィルタ
２２２  コリメータ
２２３  集光レンズ
２３０  トラップ
２４０  信号処理回路
２５０  光源
２６０  照明光束
２６１  ０次光
２６２  回折光
３００  投影装置
３１０  ＳＰＭ
３２０  レンズ
３３０  トラップ
３４０  信号処理回路
３５０  光源
３６０  照明光束
３６１  ０次光
３６２  回折光
４００  投影装置
４１０  ＳＰＭ
４２０  集光レンズ
４３０  トラップ
４４０  信号処理回路
４５０  光源
４６０  照明光束
４６１  ０次光
４６２  回折光
５００  投影装置
５１０Ｂ  ＳＰＭ
５１０Ｇ  ＳＰＭ
５１０Ｒ  ＳＰＭ
５２０  光学系
５２１Ｂ  コリメータ
５２１Ｇ  コリメータ
５２１Ｒ  コリメータ
５２２Ｂ  全反射プリズム
５２２Ｇ  全反射プリズム
５２２Ｒ  全反射プリズム
５２３  色合成プリズム
５２４  投影レンズ
５３０Ｂ  トラップ
５３０Ｇ  トラップ
５３０Ｒ  トラップ
５４０  信号処理回路
５５０Ｂ  光源
５５０Ｇ  光源
５５０Ｒ  光源
５６０Ｂ  照明光束
５６０Ｇ  照明光束
５６０Ｒ  照明光束
５６１Ｂ  ０次光
５６１Ｇ  ０次光
５６１Ｒ  ０次光
５６２Ｂ  回折光
５６２Ｇ  回折光
５６２Ｒ  回折光
６０１  リアルドメイン
６１１  フーリエドメイン
６１２  フーリエドメイン
６１３  フーリエドメイン
８００  映像データ源
８０１  映像データ
８０２  空間位相分布情報
９００  スクリーン
ｔ０  情報書き換え時間
ｔ１  光源発光時間
ｔ２  発光停止時間
【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７Ａ】
2008145546.tif 000026
【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図１】
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【図６】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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