(57)【要約】【課題】光の利用効率に優れた光変調装置及びプロジェクターを提供する。【解決手段】入射した光束を変調して画像を形成する光変調装置は、画像を構成する画素毎に変調部８０Ａがそれぞれ設けられた構成を有する。変調部８０Ａは、入射した光束を通過させる第１の位置または入射した光束を遮断する第２の位置に移動可能に構成されたシャッター８８と、シャッター８８を第１の位置または第２の位置に移動させる回路部８６及び電極部８７とを備える。シャッター８８は、帯電された帯電部９１〜９４を備える。駆動手段は、帯電部９１〜９４との間で静電力を発生させる透明電極Ｅ１〜Ｅ４を有し、当該静電力でシャッター８８を第１の位置または第２の位置に移動させる。【選択図】図６
2012113273.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射した光束を変調して画像を形成する光変調装置であって、
前記光変調装置は、
前記画像を構成する画素毎に変調部がそれぞれ設けられ、
前記変調部は、
入射した光束を通過させる第１の位置または入射した光束を遮断する第２の位置に移動可能に構成されたシャッターと、
前記シャッターを前記第１の位置または前記第２の位置に移動させる駆動手段とを備え、
前記シャッターは、
帯電された帯電部を備え、
前記駆動手段は、
前記帯電部との間で静電力を発生させる電極を有し、前記静電力で前記シャッターを前記第１の位置または前記第２の位置に移動させる
ことを特徴とする光変調装置。
【請求項２】
請求項１に記載の光変調装置において、
前記シャッターは、
開口部を有し、前記開口部の開口方向に沿う回転軸を中心として回転可能に構成され、
前記駆動手段は、
前記静電力によって前記シャッターを回転させ、前記開口部を介して光束を通過させる前記第１の位置または前記開口部を除く部位にて光束を遮断する前記第２の位置に移動させる
ことを特徴とする光変調装置。
【請求項３】
請求項２に記載の光変調装置において、
前記帯電部は、
正に帯電した第１帯電部と、
負に帯電した第２帯電部とを備え、
前記第１帯電部と前記第２帯電部とが、前記シャッターを周方向に等分割した４以上の偶数の領域に隣り合うように配設されている
ことを特徴とする光変調装置。
【請求項４】
請求項３に記載の光変調装置において、
前記開口部は、
周方向に均等な間隔で複数設けられ、前記回転軸を中心として回転対称となる位置に位置付けられている
ことを特徴とする光変調装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれかに記載の光変調装置において、
前記シャッターは、誘電体で構成されている
ことを特徴とする光変調装置。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれかに記載の光変調装置において、
前記変調部は、
前記シャッターに対して光路上流側に位置し、入射した光束を集光する集光レンズを備える
ことを特徴とする光変調装置。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれかに記載の光変調装置において、
前記シャッターは、
光入射側の端面にミラーを備え、
前記ミラーは、
前記シャッターが前記第２の位置に移動した際に、入射した光束を反射させる
ことを特徴とする光変調装置。
【請求項８】
請求項１から請求項７のいずれかに記載の光変調装置を備えることを特徴とするプロジェクター。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光変調装置及びプロジェクターに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、プロジェクターにおいて、入射した光束を画像情報に応じて変調して画像を形成する光変調装置として、液晶を用いた光変調装置の他、ＭＥＭＳ(Micro Electro Mechanical System)技術により製造した光変調装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１に記載の光変調装置は、画素毎に微小なミラーが配設され、当該微小なミラーの入射角度を制御することにより、光源から出射された光束を光変調して画像を形成するＤＭＤ（米国テキサスインスツルメンツ社の商標）で構成されている。
そして、このようなＭＥＭＳ技術により製造した光変調装置では、液晶の熱劣化等の問題が生じることがなく、長寿命化が図り易いという利点がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−７００９１号公報
【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、光変調装置としてＤＭＤを用いた場合には、光源から出射された光束を微小なミラーで反射させるため、その反射時に入射した光束の一部が微小なミラーによって吸収されてしまう。
すなわち、微小なミラーによって一部の光束が吸収された分、プロジェクターからの投影画像の輝度が低下することとなり、光源から出射された光束を効率的に利用することが難しい、という問題がある。
【０００５】
本発明の目的は、光の利用効率に優れた光変調装置及びプロジェクターを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の光変調装置は、入射した光束を変調して画像を形成する光変調装置であって、前記光変調装置は、前記画像を構成する画素毎に変調部がそれぞれ設けられ、前記変調部は、入射した光束を通過させる第１の位置または入射した光束を遮断する第２の位置に移動可能に構成されたシャッターと、前記シャッターを前記第１の位置または前記第２の位置に移動させる駆動手段とを備え、前記シャッターは、帯電された帯電部を備え、前記駆動手段は、前記帯電部との間で静電力を発生させる電極を有し、前記静電力で前記シャッターを前記第１の位置または前記第２の位置に移動させることを特徴とする。
【０００７】
本発明では、光変調装置は、シャッター及び駆動手段を備える変調部を画素毎に設けた構成を有する。そして、この光変調装置は、電極によって帯電部に作用する電界を発生させ、静電力によりシャッターを第１の位置または第２の位置に位置付ける。このようにしてシャッターを第１の位置または第２の位置に位置付け、入射した光束の通過または遮断を切り替えることで光変調を実施し、画像を形成する。このように、光束の通過または遮断を切り替えるシャッターを用いて光変調を行うため、従来のＤＭＤを用いて光変調を行う場合と比較して、画像を構成する光がミラー等で吸収されることがなく、光の利用効率を向上できる。
【０００８】
本発明の光変調装置では、前記シャッターは、開口部を有し、前記開口部の開口方向に沿う回転軸を中心として回転可能に構成され、前記駆動手段は、前記静電力によって前記シャッターを回転させ、前記開口部を介して光束を通過させる前記第１の位置または前記開口部を除く部位にて光束を遮断する前記第２の位置に移動させることが好ましい。
本発明では、駆動手段は、回転軸を中心として回転可能なシャッターに力を加えることでシャッターを第１の位置または第２の位置に移動させるため、単にスライド移動させるシャッター等と比較して、弱い力で容易にシャッターを移動させることができる。
【０００９】
本発明の光変調装置では、前記帯電部は、正に帯電した第１帯電部と、負に帯電した第２帯電部とを備え、前記第１帯電部と前記第２帯電部とが、前記シャッターを周方向に等分割した４以上の偶数の領域に隣り合うように配設されていることが好ましい。
本発明では、第１帯電部と第２帯電部とを、シャッターを周方向に等分割した４以上の偶数の領域に隣り合うように配設することで、第１の位置から第２の位置までのシャッターの回転角を小さくできる。これにより、シャッターの位置を速く第１の位置または第２の位置に安定させることができ、小さい力で容易に回転させることができる。例えば、４つの領域に設けた場合には、回転角を９０度にすることができ、８つの領域に設けた場合には、回転角を４５度にすることができる。
【００１０】
本発明の光変調装置では、前記開口部は、周方向に均等な間隔で複数設けられ、前記回転軸を中心として回転対称となる位置に位置付けられていることが好ましい。
本発明では、複数の開口部を周方向に均等な間隔で設け、回転軸を中心として回転対称となる位置に位置付けることで、シャッターが回転方向のどちらに回転しても、バランスよく第１の位置または第２の位置に切り替えることができる。また、シャッターの回転方向を規制部材等により一方向に規制する必要がないことから、光変調装置の構成を簡素化できる。例えば、２つの開口部を１８０度回転対称となる位置に設けた場合には、開口部間で光束を遮光する構成であれば、シャッターが回転方向のどちらか一方に９０度回転すれば、光束の通過または遮断を切り替えることができる。
【００１１】
本発明の光変調装置では、前記シャッターは、誘電体で構成されていることが好ましい。
本発明では、シャッターを誘電体で構成することで、シャッターに帯電部を別個に設ける必要がないため、シャッターの構成を簡素化して、シャッターを容易に製造できる。
【００１２】
本発明の光変調装置では、前記変調部は、前記シャッターに対して光路上流側に位置し、入射した光束を集光する集光レンズを備えることが好ましい。
本発明では、シャッターに対して光路上流側に集光レンズが位置していることで、シャッターは、第２の位置で入射した光束を遮断する際、集光レンズで集光された光束を遮断すればよいため、集光レンズを用いない構成と比較してシャッター自体を小型化できる。
【００１３】
本発明の光変調装置では、前記シャッターは、光入射側の端面にミラーを備え、前記ミラーは、前記シャッターが前記第２の位置に移動した際に、入射した光束を反射させることが好ましい。
本発明では、シャッターが第２の位置に位置付けられた際に、シャッターで遮断された光束はシャッターの端面のミラーで反射されるため、シャッターの温度上昇を抑制できる。
【００１４】
本発明のプロジェクターは、前述した本発明の光変調装置を備えることを特徴とする。
本発明では、プロジェクターが前述した本発明の光変調装置を備えるため、前述した本発明の光変調装置と同様の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】一実施形態におけるプロジェクターの概略構成を模式的に示す図。
【図２】本実施形態における光変調装置を模式的に示す正面図。
【図３】本実施形態における光変調装置を模式的に示す側面図。
【図４】本実施形態における回路部及び電極部の構成を示す回路図。
【図５】本実施形態におけるシャッターの構成を示す正面図。
【図６】本実施形態における変調部の動作を説明するための正面図。
【図７】本実施形態における変調部の動作を説明するための正面図。
【図８】本実施形態における変調部の動作を説明するための側面図。
【図９】本実施形態の光変調装置での階調制御を説明するための図。
【図１０】本実施形態における変調部の第１の変形例を説明するための図。
【図１１】本実施形態における変調部の第２の変形例を説明するための図。
【図１２】本実施形態におけるプロジェクターの変形例を説明するための図。
【図１３】変形例におけるカラーホイールの構造を表す正面図。
【図１４】変形例の光変調装置での階調制御を説明するための図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
〔プロジェクターの構成〕
図１は、プロジェクター１の概略構成を模式的に示す図である。
プロジェクター１は、光源から出射された光束を変調して画像を形成し、該画像をスクリーン等の投射面上に投射する。このプロジェクター１は、図１に示すように、略直方体状の外装筺体２と、この外装筺体２内部に収納配置される光学ユニット３と、制御装置１１とで概略構成される。
なお、具体的な図示は省略するが、外装筺体２内部には、光学ユニット３及び制御装置１１の他、プロジェクター１の構成部材に外部からの電力を供給する電源ユニット、プロジェクター１内部を冷却する冷却ユニット等が配置されるものとする。
【００１７】
光学ユニット３は、外装筺体２内部に配置され、画像を形成して投射する。この光学ユニット３は、図１に示すように、光源ランプ４Ａ及びリフレクター４Ｂを有する光源装置４と、レンズアレイ５Ａ，５Ｂ、及び重畳レンズ５Ｃを有する照明光学装置５と、ダイクロイックミラー６Ａ，６Ｂ、及び反射ミラー６Ｃを有する色分離光学装置６と、入射側レンズ７Ａ、リレーレンズ７Ｃ、及び反射ミラー７Ｂ，７Ｄを有するリレー光学装置７と、３つのフィールドレンズ８Ａと、３つの光変調装置８Ｒ，８Ｇ，８Ｂ（赤色光側の光変調装置を８Ｒ、緑色光側の光変調装置を８Ｇ、青色光側の光変調装置を８Ｂとする）、及び色合成光学装置としてのクロスダイクロイックプリズム８Ｃを有する光学装置８と、投射光学装置としての投射レンズ９と、各光学部品４〜８を収納するとともに投射レンズ９を支持する光学部品用筐体１０とを備える。
そして、光学ユニット３では、上述した構成により、光源装置４から出射され照明光学装置５を介した光束は、色分離光学装置６にてＲ，Ｇ，Ｂの３つの色光に分離される。また、分離された各色光は、フィールドレンズ８Ａで各々略平行光とされ、各光変調装置８Ｒ，８Ｇ，８Ｂにてそれぞれ変調される。変調された各色光は、プリズム８Ｃにて合成されてカラー画像となり、投射レンズ９にてスクリーンに投射される。
制御装置１１は、外装筺体２内部に配置され、プロジェクター１全体を制御する。具体的に、制御装置１１は、光学ユニット３が備える光変調装置８Ｒ，８Ｇ，８Ｂを制御して、画像情報（画像信号）に基づく画像を光変調装置８Ｒ，８Ｇ，８Ｂに形成させる。
【００１８】
〔光変調装置の構成〕
図２及び図３は、光変調装置８Ｒを模式的に示す図である。具体的に、図２は、光変調装置８Ｒの光入射側を部分的に平面視した正面図であり、図３は、図２に示す光変調装置８Ｒの側面図である。なお、以下、代表して光変調装置８Ｒについて説明するが、光変調装置８Ｇ，８Ｂについても同様の構成である。また、図２では、便宜上、図３に示すマイクロレンズ８４，８５は図示を省略している（以下の図６及び図７についても同様である）。
【００１９】
光変調装置８Ｒは、図２及び図３に示すように、複数の変調部８０Ａ、支持部材８１、複数の走査（ゲート）線８２、及び複数の信号線８３を備えている。なお、図３においては、便宜上、走査線８２及び信号線８３を省略している（以下の図８についても同様である）。
支持部材８１は、光を透過させるガラス等の透光性材料で板状に構成されている。
この支持部材８１には、複数の走査線８２と、複数の信号線８３とが形成されている。
【００２０】
複数の走査線８２は、支持部材８１において、行方向（図２中、左右方向）に延びるようにそれぞれ形成され、列方向（図２中、上下方向）に並設されている。そして、複数の走査線８２は、図１に示す制御装置１１から出力される制御信号を、後述する回路部８６に供給する。
複数の信号線８３は、支持部材８１において、列方向に延びるようにそれぞれ形成され、行方向に並設されている。そして、複数の信号線８３は、制御装置１１から出力される正または負の電位の駆動信号を回路部８６に供給する。
【００２１】
変調部８０Ａは、画像を構成する画素毎にそれぞれ設けられている。変調部８０Ａは、走査線８２及び信号線８３の各交差部に対応してマトリクス状に配されている。例えば、光変調装置８Ｒによって１０２４×７６８画素の画像を生成する場合には、光変調装置８Ｒは、１０２４×７６８個の変調部８０Ａを備える。
【００２２】
変調部８０Ａは、図２及び図３に示すように、マイクロレンズ８４，８５（図３）と、回路部８６と、電極部８７と、シャッター８８とを備える。
集光レンズとしての第１のマイクロレンズ８４は、支持部材８１の光入射側（後述するシャッター８８に対して光路上流側）に配設され、フィールドレンズ８Ａから出射された光束を焦点位置Ｐ（図８（Ａ））に集光する。
第２のマイクロレンズ８５は、支持部材８１の光出射側に配設されている。より具体的に、第２のマイクロレンズ８５は、焦点位置が第１のマイクロレンズ８４の焦点位置Ｐに一致するように配設されている。そして、第２のマイクロレンズ８５は、第１のマイクロレンズ８４が集光した光束を略平行光として出射する。
【００２３】
図４は、回路部８６及び電極部８７の構成を示す回路図である。
回路部８６及び電極部８７は、後述するシャッター８８を駆動する駆動手段として機能する。
回路部８６は、図４に示すように、コンデンサーＣ１と、トランジスターＴ１，Ｔ２とを有している。トランジスターＴ１は、ＰＮＰ型トランジスターで構成され、トランジスターＴ２は、ＮＰＮ型トランジスターで構成されている。
電極部８７は、４つの透明電極Ｅ１〜Ｅ４によって構成されている。具体的に、透明電極Ｅ１〜Ｅ４は、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）等の成膜後に透明な導電材料からなる導電膜によって構成されている。
【００２４】
透明電極Ｅ１，Ｅ３は、図４に示すように、コンデンサーＣ１の一端を介して前述した信号線８３と接続されている。また、透明電極Ｅ２，Ｅ４は、トランジスターＴ１，Ｔ２のコレクターを介してコンデンサーＣ１の他端と接続されている。トランジスターＴ１，Ｔ２のベースは、それぞれ前述した走査線８２と接続されている。また、トランジスターＴ１，Ｔ２のエミッターは、ＧＮＤに接続（接地）されている。
これにより、透明電極Ｅ１，Ｅ３と透明電極Ｅ２，Ｅ４とで逆極性の電荷を付与できる構成となっている。
【００２５】
なお、信号線８３には、前述したように、制御装置１１によって、画素毎に駆動信号として予め正または負の電位が与えられる。
走査線８２は、制御信号としてのパルス信号をトランジスターＴ１，Ｔ２のゲートに供給し、トランジスターＴ１，Ｔ２の「ＯＮ（導通）」と「ＯＦＦ（非導通）」とを切り替える。
【００２６】
図５は、シャッター８８の構成を示す正面図である。
シャッター８８は、図５に示すように、円盤状に構成されており、中心位置から外れた位置に開口部８８Ａを有する。そして、シャッター８８は、その略中心位置が、図３に示すように、支持部材８１の光入射側の端面から開口部８８Ａの開口方向に沿って突出した回転軸８１Ａに接続し、回転軸８１Ａを中心として回転可能に軸支されている。
なお、本実施形態では、開口部８８Ａは、図５中に一点鎖線で示すように、シャッター８８を周方向に等分割した４つの領域（領域Ａ〜Ｄ）に交互に設けられている。つまり、シャッター８８は、領域Ａ〜Ｄのうち、一方の対向する領域Ｂ，Ｄ内にそれぞれ１つずつ、計２つ（偶数個）の開口部８８Ａを有する。なお、この２つの開口部８８Ａは、回転の中心位置に対して１８０度回転対称となる位置にそれぞれ設けられている。
【００２７】
また、シャッター８８は、予め帯電された帯電部９１〜９４を備えている。具体的に、図５に「＋」、「−」で示すように、シャッター８８の領域Ａ，Ｃが正に帯電し、領域Ｂ，Ｄが負に帯電している。つまり、シャッター８８は、正に帯電した帯電部（帯電部９１，９３）と、負に帯電した帯電部（帯電部９２，９４）とが、隣り合うように交互に配設されている。これら帯電部９１〜９４は、例えば、誘電体を組み合わせてシャッター８８を構成することで形成できる。なお、前述した透明電極Ｅ１〜Ｅ４は、図５に破線で示すように、平面視で帯電部９１〜９４と重なる位置に配置され、透明電極Ｅ２と平面視で重なる位置に、前述したマイクロレンズ８４の焦点位置Ｐが位置し、開口部８８Ａは、マイクロレンズ８４によって集光された光束を通過させる大きさに形成されている。
【００２８】
また、シャッター８８は、図３に示すように、光入射側の端面にミラー８８Ｂを有する。つまり、シャッター８８は、光入射側の端面が反射面となっている。例えば、このミラー８８Ｂは、シャッター８８にアルミニウム等の光反射率の高い部材を成膜することで形成できる。
【００２９】
〔光変調装置の動作〕
以下、光変調装置８Ｒの動作について説明する。
先ず、変調部８０Ａの動作について、図４を参照して説明する。
前述した走査線８２は、通常時（シャッター８８を動作させない時）はＧＮＤ電位（基準電位）となっており、一組のトランジスターＴ１，Ｔ２は、ともに「ＯＦＦ」となる。そして、シャッター８８を動作させる際には、制御装置１１によって走査線８２に正負のパルス信号が挿入される。これによって、駆動信号の電位に応じてトランジスターＴ１，Ｔ２の一方が「ＯＮ」となる。
トランジスターＴ１，Ｔ２の一方が「ＯＮ」になると、コンデンサーＣ１には、信号線８３の電圧に応じた極性で電荷が貯められる。このコンデンサーＣ１の電荷は、平面視でシャッター８８と重なる位置の透明電極Ｅ１〜Ｅ４に伝えられ、電界が生じる。
変調部８０Ａは、このようにシャッター８８に作用する電界を生じさせ、静電力によってシャッター８８を移動する。
【００３０】
図６及び図７は、変調部８０Ａの動作を説明するための正面図であり、図８は、その側面図である。具体的に、図６及び図８（Ａ）は、透明電極Ｅ１，Ｅ３が負の電位、透明電極Ｅ２，Ｅ４が正の電位である場合を示し、図７及び図８（Ｂ）は、透明電極Ｅ１，Ｅ３が正の電位、透明電極Ｅ２，Ｅ４が負の電位である場合を示す。なお、図６（Ａ）及び図７（Ａ）は、透明電極Ｅ１〜Ｅ４の各極性を示し、図６（Ｂ）及び図７（Ｂ）は、シャッター８８の領域Ａ〜Ｄの各極性を示している。また、図中のハッチングが施されている部分が正の電位であることを示し、ハッチングが施されていない部分が負の電位であることを示している。
【００３１】
透明電極Ｅ１，Ｅ３が負の電位であり、透明電極Ｅ２，Ｅ４が正の電位である場合には、図６に示すように、シャッター８８は、正に帯電している第１帯電部としての帯電部９１，９３（領域Ａ，Ｃ）が、負の電位である透明電極Ｅ１，Ｅ３に引き付けられ、負に帯電している第２帯電部としての帯電部９２，９４（領域Ｂ，Ｄ）が、正の電位である透明電極Ｅ２，Ｅ４に引き付けられることで、シャッター８８がいずれかの方向に回転する。これにより、シャッター８８が「ＯＮ」となり、開口部８８Ａの位置は、光束を透過させる位置で固定される。
【００３２】
透明電極Ｅ１，Ｅ３が正の電位であり、透明電極Ｅ２，Ｅ４が負の電位である場合には、図７に示すように、帯電部９１，９３（領域Ａ，Ｃ）が透明電極Ｅ２，Ｅ４に引き付けられ、帯電部９２，９４（領域Ｂ，Ｄ）が透明電極Ｅ１，Ｅ３に引き付けられて、シャッター８８がいずれかの方向に回転する。これにより、シャッター８８が「ＯＦＦ」となり、開口部８８Ａの位置は、光束を遮断する位置で固定される。
【００３３】
すなわち、シャッター８８は、「ＯＮ」の状態の場合には、図６に示すように、平面視で開口部８８Ａが第１のマイクロレンズ８４の焦点位置Ｐに重なり、図８（Ａ）に示すように、第１のマイクロレンズ８４にて集光された光束を、開口部８８Ａを介して通過させる第１の位置に位置付けられる。そして、開口部８８Ａを介して通過させた光束は、第２のマイクロレンズ８５に入射し、第２のマイクロレンズ８５で平行化されてプリズム８Ｃに出射される。
【００３４】
また、シャッター８８は、「ＯＦＦ」の状態の場合には、図７に示すように、平面視で開口部８８Ａが第１のマイクロレンズ８４の焦点位置Ｐに重ならず、第１のマイクロレンズ８４によって集光された光束を遮断する第２の位置に位置付けられる。そして、図８（Ｂ）に示すように、シャッター８８（開口部８８Ａを除く部位）によって遮断された光束は、ミラー８８Ｂで反射され、フィールドレンズ８Ａ側に戻される。
そして、光変調装置８Ｒは、このシャッター８８により、以下のように画像の階調を制御して光変調を行う。
【００３５】
図９は、光変調装置８Ｒでの階調制御を説明するための図である。図９（Ａ）は、赤色光の階調を１００％に制御する場合を示し、図９（Ｂ）は、赤色光の階調を５０％に制御している場合を示し、図９（Ｃ）は、赤色光の階調を０％に制御している場合を示している。なお、図９（Ａ）〜（Ｃ）の横軸は時間軸であり、縦軸は、シャッター８８の状態を示している。
図９（Ａ）に示すように、制御装置１１の制御の下、単位時間あたりのシャッター８８の状態を、常時「ＯＮ」とすることで、当該単位時間における赤色光の階調を１００％とすることができる。図９（Ｂ）に示すように、「ＯＮ」の時間と「ＯＦＦ」の時間を５０％ずつとすることで、赤色光の階調を５０％とすることができる。また、図９（Ｃ）に示すように、常時「ＯＦＦ」とすることで、赤色光の階調を０％とすることができる。このように、光変調装置８Ｒでは、画像情報に応じて、「ＯＮ」と「ＯＦＦ」とを時間変調すること、すなわち、「ＯＮ」と「ＯＦＦ」の時間の比率を変化させることで、画像の階調を制御することができる。
以上のように、光変調装置８Ｒでの階調制御は、「ＯＮ」と「ＯＦＦ」の二値によるパルス幅変調（ＰＷＭ）で行うことができる。
【００３６】
上述した実施形態では、以下の効果がある。
光変調装置８Ｒ，８Ｇ，８Ｂは、シャッター８８と、回路部８６及び電極部８７とを備える変調部８０Ａが画素毎にそれぞれ設けられている。そして、光変調装置８Ｒ，８Ｇ，８Ｂは、透明電極Ｅ１〜Ｅ４によって帯電部９１〜９４に作用する電界を発生させ、静電力によりシャッター８８を第１の位置または第２の位置に位置付ける。このようにしてシャッター８８を第１の位置または第２の位置に位置付け、入射した光束の通過または遮断を切り替えることで、光変調を実施し、画像を形成する。
このことにより、従来のＤＭＤを用いた場合と同様に、液晶の熱劣化等の問題が生じることがなく、長寿命化が図りやすい。
【００３７】
回路部８６及び電極部８７によりシャッター８８が第１の位置に移動されている場合には、シャッター８８は、入射された光束を通過させる。回路部８６及び電極部８７によりシャッター８８が第２の位置に移動されている場合には、入射された光束はシャッター８８で遮断される。光変調装置８Ｒ，８Ｇ，８Ｂは、画像情報に応じて、第１の位置と第２の位置を時間変調するため、第１の位置を長くすれば画像の階調を高くでき、第２の位置を長くすれば画像の階調を低くできる。
このように、光変調装置８Ｒ、８Ｇ，８Ｂは、光変調にシャッター８８を用いるため、従来のＤＭＤを用いた場合と比較して、画像を構成する光がミラー等で吸収されることはなく、光の利用効率を向上できる。
また、静電力によってシャッター８８を移動させるので、圧電素子の伸縮等によってシャッターを移動させる構成と比較して、消費電力を小さくできる。
【００３８】
さらに、回転軸８１Ａを中心として回転可能なシャッター８８に力を加えることでシャッター８８を第１の位置または第２の位置に移動させるため、単にスライド移動させるシャッター等と比較して、弱い力で容易にシャッターを移動させることができる。
また、第１帯電部９１，９３と第２帯電部９２，９４とを、シャッター８８を周方向に等分割した４つの領域に隣り合うように配設することで、第１の位置から第２の位置までのシャッター８８の回転角を９０度とすることができ、２つの領域に配設した場合（この場合は、回転角が１８０度となる）よりも小さくできる。これにより、シャッター８８の位置を速く第１の位置または第２の位置に安定させることができ、小さい力で容易に回転させることができる。
さらに、２つの開口部を周方向に均等な間隔で回転軸８１Ａを中心として１８０度回転対称となる位置に設けることで、開口部８８Ａ間で光束を遮光する構成であるため、シャッター８８が回転方向のどちらに回転しても、バランスよく第１の位置または第２の位置に切り替えることができる。また、シャッター８８の回転方向を規制部材等により一方向に規制する必要がないことから、光変調装置８Ｒ，８Ｇ，８Ｂの構成を簡素化できる。
【００３９】
また、シャッター８８を誘電体で構成することで、シャッター８８に帯電部９１〜９４を別個に設ける必要がないため、シャッター８８の構成を簡素化して、シャッター８８を容易に製造できる。
さらに、シャッター８８に対して光路上流側にマイクロレンズ８４が位置していることで、シャッター８８は、第２の位置で入射した光束を遮断する際、マイクロレンズ８４で集光された光束を遮断すればよいため、マイクロレンズ８４を用いない構成と比較して、シャッター８８自体を小型化できる。
また、変調部８０Ａは、入射した光束をマイクロレンズ８４で集光し、集光された光束の通過または遮断をシャッター８８によって切り替えるので、マイクロレンズ８４により集光しない場合と比較して、光の利用効率をさらに向上させることができる。シャッター８８が第１の位置に移動されている場合に、フィールドレンズ８Ａから出射される光束を、マイクロレンズ８４で無駄なく集光して開口部８８Ａを通過させることができるため、開口率略１００％を実現することができる。
【００４０】
さらに、シャッター８８が第２の位置に位置付けられた際に、シャッター８８で遮断された光束はシャッター８８の端面のミラー８８Ｂで反射されるため、シャッター８８の温度上昇を抑制できる。
また、ミラー８８Ｂで反射された光を光束の光路に戻している。これにより、シャッター８８で遮断された光束を、リフレクター４Ｂまで戻して再度リフレクター４Ｂで反射させ、画像を形成する光として再利用できるので、光の利用効率をより向上できる。
【００４１】
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、前記実施形態における光変調装置８Ｒ，８Ｇ，８Ｂを構成する各部材の形状、位置等は、図示したものに限定されず、種々の変形が可能である。
【００４２】
図１０は、変調部の第１の変形例を説明するための図である。具体的に、図１０（Ａ）は、変形例における各透明電極Ｔの極性を示し、図１０（Ｂ）は、変形例におけるシャッター９５の各領域Ｅの極性を示している。
この変形例における変調部８０Ｂでは、図１０（Ｂ）に示すように、シャッター９５において、周方向に等分割した８つの領域Ｅをそれぞれ帯電させている。具体的に、シャッター９５は、この８つの領域Ｅにおいて隣り合う領域の極性が逆になるように帯電されている。そして、開口部９５Ａは、負に帯電されている領域Ｅに設けられている。また、図１０（Ａ）に示すように、各領域Ｅに対応するように、透明電極Ｔが形成されている。
このように分割数を多く構成することで、前記実施形態よりもシャッター９５が「ＯＮ」または「ＯＦＦ」に切り替わる回転角を小さくできるので、より「ＯＮ」または「ＯＦＦ」状態に速く安定させることができ、小さい力で容易に回転させることができる。
【００４３】
図１１は、変調部の第２の変形例を説明するための図である。
前記実施形態では、変調部８０Ａは、シャッター８８を円盤状に形成し、シャッター８８が、時計回りと反時計回りのどちらに回転しても「ＯＮ」または「ＯＦＦ」に切り替わる構成であったが、変調部の構成は、これに限らない。この変形例における変調部８０Ｃは、シャッター９６が前述したシャッター８８における領域の一つを欠いた円盤状に形成されている。つまり、円盤の一部が９０度欠けた形状となっており、この欠けた部分が前述した実施形態の開口部８８Ａに対応している。なお、透明電極Ｅ１〜Ｅ４は、前記実施形態と同様の構成となっている。この欠けた部分における支持部材には、係止部材９７が設けられており、「ＯＮ」から「ＯＦＦ」に切り替える際の回転方向及び「ＯＦＦ」から「ＯＮ」に切り替える際の回転方向を、互いに異なる一方向に規制している（「ＯＦＦ」から「ＯＮ」が反時計回りで、「ＯＮ」から「ＯＦＦ」が時計回り）。このように、シャッターの形状は、円盤状に限らず、回転方向についても規制されていてもよい。さらに、透明電極の数と、シャッターの帯電された領域の数とが一致していなくてもよく、シャッターにおいて、正に帯電された領域の数と、負に帯電された領域の数とが同じでなくてもよい。なお、本変形例では、シャッター９６の回転角を９０度に規制できるのであればよく、例えば、円盤の一部を１８０度欠いた形状でシャッターを構成し、係止部材を２つ設けた構成であってもよい。
【００４４】
図１２は、プロジェクターの変形例を説明するための図である。
前記実施形態では、ＲＧＢ毎に３つの光変調装置８Ｒ，８Ｇ，８Ｂを用いる三板式のプロジェクター１に適用したが、これに限らず、図１２に示すような単板式のプロジェクターに適用してもよい。
この変形例によるプロジェクターでは、照明光学装置５の後段に色切替光学装置１２を設ける。色切替光学装置１２は、円盤状に形成され、回転することにより照明光学装置５から出射された光束をＲ，Ｇ，Ｂの３つの色光に切り替えるカラーホイール１３と、照明光学装置５から出射された光束をカラーホイール１３近傍に集光する第１コンデンサーレンズ１４と、カラーホイール１３を透過した発散光を略平行光にする第２コンデンサーレンズ１５とを備えて構成される。
【００４５】
カラーホイール１３は、図１３（カラーホイール１３正面図）に示すように、回転方向に沿って区切られた４つの扇形の領域に３つの透過型色フィルター１６Ｒ，１６Ｇ，１６Ｂと１つの透光領域１６Ｗを備えている。色フィルター１６Ｒ、１６Ｇ，１６Ｂは、各々赤色、緑色、青色の光のみを透過させ、透光領域１６Ｗは、照明光学装置５から出射された光束をそのまま通過させる。
このような構成を設けることで、図１２に示すように、１つの光変調装置８Ｄによってプロジェクターを構成することができる。
【００４６】
図１４は、光変調装置８Ｄでの階調の制御を説明するための図である。横軸の「Ｗ」は透光領域１６Ｗでの光束の光路上の時間を示し、「Ｒ」，「Ｇ」，「Ｂ」は、各々、色フィルター１６Ｒ，１６Ｇ，１６Ｂが光束の光路上を占める時間（各色光の単位時間）を示す。図示するように、カラーホイール１３の回転と同期させ、各色光の単位時間においてシャッターの「ＯＮ」の時間と「ＯＦＦ」の時間とを時間変調することで、画像の階調を制御することができる。
【００４７】
前記実施形態では、シャッター８８を誘電体で構成することで帯電部９１〜９４を形成したが、これに限らない。例えば、シャッター８８の端面に正または負に帯電しやすい膜を形成することで、シャッター８８に帯電部を設けてもよい。
前記実施形態では、電極部８７を透明電極Ｅ１〜Ｅ４で構成したが、入射した光束の通過を妨げない位置に設けるのであれば、透明でない電極であってもよい。例えば、各電極をリング状に形成し、リング内において光束を通過させる構成としてもよい。また、前記実施形態における各領域の一部を誘電体で構成し、他の部分を誘電体でない材料で構成してもよい。
前記実施形態では、回路部８６及び電極部８７によって駆動手段を構成したが、駆動手段は、静電力でシャッター８８を回転する構成であれば、これに限らず、他の構成であってもよい。
前記実施形態では、回転式のシャッター８８を例示したが、シャッターは、直線往復運動するスライド式であってもよい。
【００４８】
前記実施形態では、マイクロレンズ８４，８５間の光束の出射側に支持部材８１を配置し、入射側にシャッター８８等を配置する構成としたが、これら位置関係は逆であってもよい。
前記実施形態では、支持部材８１に回路部８６及びシャッター８８を支持したが、これらを支持する構成はこれに限らない。例えば、マイクロレンズ８４，８５を板状のマイクロレンズアレイのマイクロレンズで構成し、そのマイクロレンズアレイを支持部材８１として代用することも可能である。
前記実施形態では、マイクロレンズ８４，８５を用いたが、これに限らず、マイクロレンズ８４，８５を省略してもよい。マイクロレンズ８４，８５を省略した場合には、光変調装置８Ｒ，８Ｇ，８Ｂを構成する部材を減らすことができ、製造コストを抑えることができる。
前記各実施形態では、ミラー８８Ｂを成膜により形成するとしたが、シャッター自体をアルミニウム等の光反射部材で構成してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明の光変調装置は、光の利用効率を向上できるため、プロジェクター等の表示装置の光変調装置に利用できる。
【符号の説明】
【００５０】
１・・・プロジェクター、８Ｄ，８Ｒ，８Ｇ，８Ｂ・・・光変調装置、８０Ａ,８０Ｂ，８０Ｃ・・・変調部、８１Ａ・・・回転軸、８４・・・マイクロレンズ（集光レンズ）、８６・・・回路部（駆動手段）、８７・・・電極部（駆動手段）、８８，９５，９６・・・シャッター、８８Ａ，９５Ａ・・・開口部、８８Ｂ・・・ミラー、９１，９３・・・帯電部（第１帯電部）、９２，９４・・・帯電部（第２帯電部）、Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３，Ｅ４・・・透明電極（電極）、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ・・・領域。
【図１】
2012113273.tif 000003
【図２】
2012113273.tif 000004
【図３】
2012113273.tif 000005
【図４】
2012113273.tif 000006
【図５】
2012113273.tif 000007
【図６】
2012113273.tif 000008
【図７】
2012113273.tif 000009
【図８】
2012113273.tif 000010
【図９】
2012113273.tif 000011
【図１０】
2012113273.tif 000012
【図１１】
2012113273.tif 000013
【図１２】
2012113273.tif 000014
【図１３】
2012113273.tif 000015
【図１４】
2012113273.tif 000016