(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を反射する反射面が分割してインライン状に設けられ、前記反射面にて入射光が回折されて変調される、光変調装置において、
前記反射面が、インライン方向とは異なる方向に交互に配置された固定部と可動部と  からなっていて、前記固定部の両側に前記可動部がそれぞれ配置され、
これらの可動部が、印加される電圧に応じた逆圧電効果によって作動される圧電体か らなると共に、
これらの可動部の回折光が互いに干渉しないように、各可動部のインライン方向に沿  う方向の波の光が用いられている
ことを特徴とする光変調装置。
【請求項２】
前記入射光の回折が、印加電圧によってアナログ的に制御される、請求項１に記載した光変調装置。
【請求項３】
前記可動部の伸縮量と前記入射光の回折量が比例され、前記可動部への印加電圧の制御により光量が定量的に制御される、請求項１に記載した光変調装置。
【請求項４】
前記インライン方向の回折光が水平又は垂直方向に掃引される、請求項１に記載した光変調装置。
【請求項５】
前記入射光の回折が、その誤差に対応する電圧分を前記印加電圧に重畳して正規の値に補正される、請求項１に記載した光変調装置。
【請求項６】
前記可動部の群が、これらの反射面間の間隙に相当する分だけ、配列方向に振動される、請求項１に記載した光変調装置。
【請求項７】
前記可動部の群がこれらの反射面掃引方向にスライドされて速度変調される、請求項１に記載した光変調装置。
【請求項８】
フレーム数を固定するように演算処理された制御電圧が前記可動部に印加される、請求項１に記載した光変調装置。
【請求項９】
前記反射面が、前記可動部及び前記固定部を覆う反射膜で形成されている、請求項１に記載した光変調装置。
【請求項１０】
前記可動部が、接地電極又はコモン電極で部分的に覆われている、請求項１に記載した光変調装置。
【請求項１１】
前記可動部の上昇時に前記反射面が傾斜する、請求項１に記載した光変調装置。
【請求項１２】
前記可動部が逆圧電効果を有する圧電体の積層体からなり、その積層方向において電極が設けられ、かつ前記積層方向又は他の方向において前記反射面が形成されている、請求項１に記載した光変調装置。
【請求項１３】
前記圧電体として圧電セラミックス又は電歪セラミックスが用いられる、請求項１２に記載した光変調装置。
【請求項１４】
前記入射光としてレーザ光等の単波長光、赤外光又は紫外光が用いられる、請求項１に記載した光変調装置。
【請求項１５】
前記入射光として分光した帯状光線が用いられる、請求項１に記載した光変調装置。
【請求項１６】
前記反射面にカラーフィルターが設けられる、請求項１に記載した光変調装置。
【請求項１７】
投映用、投射用、印画用、転写用又は光スイッチ用として使用される、請求項１に記載した光変調装置。
【請求項１８】
前記可動部からの反射光が走査系によって掃引され、画像化される、請求項１７に記載した光変調装置。
【請求項１９】
前記圧電体の積層体のうち奇数層又は偶数層の圧電体に電圧が印加される、請求項１２に記載した光変調装置。
【請求項２０】
前記反射面から互いに異なる方向に得られる複数のインライン状の回折光が合成されて投映される、請求項１に記載した光変調装置。
【請求項２１】
ピクセル電圧印加電極がピクセルピッチ毎に分離され、これらのピクセル電圧印加電極に対向して反射面電極が設けられている、請求項１に記載した光変調装置。
【請求項２２】
前記反射面電極はピクセル間でインライン方向に電気的に接続されている、請求項２１に記載した光変調装置。
【請求項２３】
インライン方向と直交する方向においては、前記可動部のピクセルと前記固定部のピクセルとの間で前記反射面電極が分離されている、請求項２２に記載した光変調装置。
【請求項２４】
請求項１〜２３のいずれか１項に記載した光変調装置からなる可動型ミラーデバイス又は角度可変型ミラーデバイス、又はその他の角度可変型ミラーデバイスがインライン状に並べられ、この反射光の光量が必要に応じてミラー等の遮断手段によって制御される投映システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば投映式映像装置や電子写真方式のプリンタ等の高速性能が要求されるデバイスに好適な光変調装置、及び投映システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
プロジェクターと称される投映装置は、陰極線管：ＣＲＴ（Cathode Ray Tube）、液晶ディスプレイ：ＬＣＤ(Liquid Crystal Display)、及びディジタル・ミラー・デバイス：ＤＭＤ(Digital Micro Mirror Device)等が一般的であるが、これらはフレーム面を投映することにより画像を形成している。中でも、ＬＣＤやＤＭＤはピクセル数が多いので製造方法が複雑になりコストアップにつながる。
【０００３】
また、回折格子を用いたデバイスが特表平１０−５１０３７４号公報に開示されているが、これは静電力（又は静電引力）によってピクセル部を可動させるものである。しかし、その製造方法は複雑であるため、回折格子の寸法、精度等にばらつきを生じ、コストアップにもなる。
【０００４】
この回折格子を用いたデバイスは、例えば図２７及び図２８に示すように、上面に光反射材１０４Ａが設けられた分岐状の可動リボン１００の対が、交互に噛み合う如きパターンで対向配置されていて、このような可動リボンの複数個が基板１０２上に高さＨ：λ／２で（λは入射光の波長）を隔てて配置され、更に各リボン１００間には基板１０２上に光反射材１０４が固定されている。
【０００５】
そして、リボン１００及び基板１０２間に適切な電圧を印加することにより、図２９に示すように、リボン１００は静電力によって基板１０２に吸着され、基板１０２上のリボン１００の高さＨ（即ち、リボンの厚さ）がλ／４に変化する。従って、入射した光の反射光Ｌ2は、吸着されたリボン１００と固定の光反射材１０４とでは位相がλ／２分ずれ、光が回折することになり、この回折によって光変調し、所定の画像を形成している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記したＣＲＴ等のデバイス、及び回折格子を用いたＧＬＶ（Grating Light Valve）は、次のような問題点のいずれかを有している。
【０００７】
１、ＣＲＴ、ＬＣＤ及びＤＭＤにおける問題点
（１）これらはいずれもフレーム映像用の面デバイスであるため、ピクセル数の増大で面欠陥が生じ易く、歩留りが悪化し易い。従って、ＵＸＧＡ（Ultra Extended Graphics Array）以上は限界であり、また高度で高価な大型製造設備が必要となる。
（２）デバイス構造及び周辺回路（液晶駆動、垂直水平駆動用）が複雑で高価である。
（３）普及しているランプ光、演色性の良いレーザー光を選択できるデバイスが少なく、高価である。
（４）ＣＲＴは重量が重く、大型になり、卓上プロジェクタ等には不向きであり、また、衝撃に弱い。
（５）ＣＲＴやＬＣＤでは、スクリーン上に色むらが生じ易く、色再現性の悪化につながる。
（６）ＬＣＤは、偏光子や検光子を用い、また液晶自体も光透過率が悪いため、発光効率が悪い。
（７）ＣＲＴに比べＬＣＤは高価であるが、ＤＭＤは更に高価であり、大型映像機器の普及に際して価格がネックである。
（８）ＣＲＴやＬＣＤの発光源である蛍光体又はカラーフィルターを通したランプ光は、レーザー光より色度が狭い。
（９）ＬＣＤ及びＤＭＤはディジタル駆動であるため、データ量が少ないと、階調縞が現われる。
（１０）ＬＣＤやＤＭＤでは、格子縞及び格子によるモワレ縞が発生する。
（１１）デバイスの構造上、アスペクト対応が難しく、またレンズ補正を行うと画歪みや画質劣化を伴う。
（１２）ＣＲＴは、倍速対応やパーソナルコンピュータのモード切換え等で水平及び垂直偏向周波数を変えると、水平偏向周波数の変動による高圧の安定化で高圧制御回路等に、またビームの掃引速度の上昇のためにＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の出力回路にも電力やコストが大幅にかかる。
（１３）ＣＲＴは、輝度向上を図る場合に発熱防止用に液体等での冷却が必要であり、重量増加の要因になる。
【０００８】
２、回折格子によるデバイスにおける問題点
（１）製造プロセスが複雑である。
（２）鏡面可動部が静電力で作動するので、不安定であり、しかも外来の静電気や電磁気で誤動作し易い。
（３）可動部の鏡面部が歪み（そり等）を有し、反射効率が低下する。
（４）鏡面可動部の動作点がばらつき易い（初期時、温度特性があり経時変化）。
（５）可動鏡面部と非可動鏡面部の高さを一定に揃えることが難しい。
（６）鏡面部への強烈なビームの入射により伸び縮みして、部分的に特性が変化し易い。
（７）衝撃や振動により誤動作し易い。
（８）可動部の移動量が機構的に決まるので、作製後は修正できない。
（９）可動部はアナログ量でコントロールしにくい。
（１０）ディジタル駆動でしか使用できないので、データ量が少ないと階調縞が現われる。
（１１）製作費が高い。
【０００９】
他方、特許番号、第２９２７５４５号公報には、圧電素子の逆圧電効果を用い、電圧印加により光反射角を変化させ、クリッピング手段を介して走査手段に導くシステムが示されている。
【００１０】
しかしながら、この公知のシステムでは、クリッピング手段により反射光をこの光束の両側から制御しスリットを通して導びいているため、投下光に対する反射光（即ち、損失される光量）が増え光量調整の精度が不十分になる上に、これが特に最大輝度（最大投下量）を得るために支障をきたす。しかも、上記クリッピング手段の配設により光量調整のための手段が複雑化する。
【００１１】
そこで本発明の目的は、安定した良好な反射等を用いて投映が可能な高信頼性、低コストの光変調装置、及び投映システムを提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明は、光を反射する反射面が分割してインライン状に設けられ、前記反射面  にて入射光が回折されて変調される、光変調装置において、
前記反射面が、インライン方向とは異なる方向に交互に配置された固定部と可動部と  からなっていて、前記固定部の両側に前記可動部がそれぞれ配置され、
これらの可動部が、印加される電圧に応じた逆圧電効果によって作動される圧電体か らなると共に、
これらの可動部の回折光が互いに干渉しないように、各可動部のインライン方向に沿  う方向の波の光が用いられている
ことを特徴とする光変調装置（以下、本発明の光変調装置と称する。）に係るものである。
【００１３】
本発明の光変調装置によれば、反射面が設けられた可動部への電圧印加の有無又は大小によりこの可動部が作動するため、この反射面で入射光が回折されて変調される。従って、可動部への印加電圧の差又は選択的な電圧の印加又はその大小により、所望の回折光が得られると共に、可動部の回折光が互いに干渉しないように可動部のインライン方向に沿う方向の波の光を用いるので、位相差により反射面で入射光が回折されて所望の変調を行え、かつ常に良好な回折光が得られる。従って、これをアナログ制御及びライン駆動が可能に構成することにより、構造も簡略化された投映及び映像システム等を提供することができる。
【００２４】
また、本発明は、上記した本発明の光変調装置からなる可動型ミラーデバイス又は角度可変型ミラーデバイス、又はその他の角度可変型ミラーデバイスがインライン状に並べられ、この反射光の光量が必要に応じてミラー等の遮断手段によって制御される投映システム（以下、本発明の投映システムと称する。）に係るものである。
【００２５】
本発明の投映システムによれば、上記した光変調装置からなる可動型ミラーデバイス又は角度可変型ミラーデバイス、又はその他の角度可変型ミラーデバイスがインライン状に並べられ、この反射光の光量が遮断手段によって制御されることにより、ミラーデバイスで所望の変調を受けて導かれた反射光を目的とする投映に必要とされる所望の光量に制御してライン駆動することができ、投映を良好に行える投映システムを提供することができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
本発明においては、前記可動部を形成する圧電体がインライン状に（特に各ピクセル毎又はブロック毎に分割して）配されることが、画素に対応した光変調を個別に制御できる点で望ましい。また、前記遮光手段が前記光束の一方側のみに設けられてインライン方向に配され、特に前記遮光手段がブロック毎に分割されることが、上記個別の制御を実現できる点で望ましい。
【００２７】
また、入射光の回折を利用する場合も、前記圧電体がインライン状に配されることにより、画素に対応した光変調を個別に制御できる点で望ましく、前記逆圧電効果により形成される前記反射面の凹凸によって前記入射光が回折されることが望ましい。
【００２８】
また、前記入射光の回折が、印加電圧によってアナログ的に制御されることが望ましい。この場合、前記圧電体の伸縮量と前記入射光の回折量とが比例し、前記圧電体への印加電圧の制御により光量が定量的に制御されることが望ましい。
【００２９】
また、前記インライン状の圧電体が分割して設けられていることが望ましい。この場合、前記インライン方向の回折光が水平又は垂直方向に掃引されてよい。そして、前記回折光の光量が光路中に設けられたインライン状の前記遮光手段としての反射手段によってアナログ的に制御されるのが望ましい。
【００３０】
また、前記入射光の回折が、その誤差に対応する電圧分を前記印加電圧に重畳して正規の値に補正される際、前記圧電体の群が、これらの反射面間の間隙に相当する分だけ、長手方向に振動されることが望ましい。また、前記圧電体の群の反射が掃引方向にスライドされて速度変調されることが望ましい。
【００３１】
また、フレーム数を固定するように演算処理された制御電圧が前記圧電体に印加されることが望ましい。
【００３２】
そして、前記反射面が、前記圧電体を覆う反射膜で形成されていてよく、前記圧電体が接地電極又はコモン電極で部分的に覆われていてよい。
【００３３】
また、前記可動部の上昇時に前記反射面が傾斜するようにしてもよい。
【００３４】
また、前記圧電体が圧電素子の積層体からなり、その積層方向において電極が設けられ、かつ前記積層方向又は他の方向において前記反射面が形成されていることが望ましい。
【００３５】
また、前記圧電体に設けられた前記反射面により、前記入射光が回折されてその光路が変えられてもよく、その場合、前記圧電体を積層して、この積層体のうち奇数層又は偶数層の圧電体に電圧を印加することが望ましい。
【００３６】
これにより、前記反射面から互いに異なる方向に得られる複数のインライン状の回折光を合成して投映することが望ましい。
【００３７】
この場合、ピクセル電圧印加電極がピクセルピッチ毎に分離され、これらのピクセル電圧印加電極に対向して反射面電極が設けられ、前記反射面電極はピクセル間でインライン方向に電気的に接続されていて、更に、インライン方向と直交する方向においては、前記可動部のピクセルと前記固定部のピクセルとの間で前記反射面電極が分離されていることが望ましい。
【００３８】
この場合、単一の圧電体板を個々の前記圧電体に切り出すことが望ましく、また前記単一の圧電体板を途中まで切断し、一端側が連設された圧電体群を形成してもよい。
【００３９】
前記圧電体として圧電セラミックス又は電歪セラミックスが用いられ、前記入射光としてレーザ光等の単波長光、赤外光又は紫外光が用いられ、前記入射光として分光した帯状光線が用いられることが望ましい。
【００４０】
このように構成することにより、投映用、投射用、印画用、転写用、光スイッチ用として好適に使用することができ、この場合前記反射面にカラーフィルタを設けてもよく、前記圧電体からの回折光を走査系によって掃引し、画像化することができる。
【００４１】
次に、本発明の好ましい実施の形態を具体的に説明するが、この実施の形態を理解するために各例について説明する。
【００４２】
例１
本例では、圧電体のミラー面（反射面）をアナログ量で駆動し、単波長光（赤外線、紫外線を含む。）や可視光のオン／オフ又は光量の制御を行なう。これは、主にプロジェクター等の投射又は投映映像装置に使用される光デバイスに関し、このデバイスは、電気エネルギーを機械的エネルギーに変換する逆圧電効果を利用した反射光を用いるために、光を反射するミラー面をシングルインラインに並べ、逆圧電効果による伸縮によりその反射方向をアナログコントロールする。
【００４３】
図１は、この光デバイスを構成する光変調素子（ＰＬＶ：Piezoelectric Light Valve）の基本的構成の（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ線断面図である。
【００４４】
図１（ｂ）に示すように、この光変調素子（以下、圧電素子又はＰＬＶと称することがある。）１は、例えばチタン酸・ジルコン酸鉛（ＰｂＴｉＯ3・ＰｂＺｒＯ3）からなる圧電材料で形成された積層圧電体２の上面に鏡面３としてアルミニウム（又は金）の膜（更に、必要あれば透明のカラーフィルター４）を設けた積層構造として、セラミックス等の基板（図示せず）上に形成されている。この積層圧電体２の積層の段数は圧電体の材質や厚み、印加電圧及び必要可動量に応じて決めればよく、１段以上の任意の段数で形成されてよい。この場合、基板として安価な素材のセラミックスを使用することにより、安価な上に、耐衝撃性、耐振動性、耐熱性が良く、高信頼性の光デバイスとなる。
【００４５】
また、この光変調素子においては、図１（ａ）に示すように、電極（簡略化のため図示せず）を設けたシングルインライン状の積層圧電体２は、一定の間隔を置いてピクセル群２1〜２nとして分割されている。例えば、長さＬ：３５０μｍ、幅Ｗ：１５０μｍのピクセル群２1〜２nが、間隙ｌ＝５０μｍで計１０２４個にインライン状に配列され、これらは同一の材質のブロックから切り出されるため、全て同一の材質で同一構造に形成されるという特徴を有している。
【００４６】
そして、これらのピクセル群２1〜２nは、印加電圧に応じて仮想線のように例えば０〜０．５度の範囲で鏡面３が傾斜することにより、入射光Ｌ1の反射光Ｌ2の方向が変化するため、この反射光量をアナログ的に制御して導くことができる。
【００４７】
この場合、上記したように、全ピクセルが同一材質、同一構造からなっているので、電圧無印加時に鏡面３が温度変化や経時変化しても、各ピクセルが同等に変化するためにその影響をキャンセルし、相対位置が一定に保たれて品質が低下することはなく、また、電圧印加時においても相対位置が安定し、良好な反射角度が得られる。
【００４８】
また、図１（ａ）に示すように、ピクセルをシングルインライン状に並べることにより、ＤＭＤやＬＣＤ等の面デバイスに比べてピクセル数を減らし、構造を簡単にできるため、製造が容易であり歩留りも良くなる。これに対し、超高画質ＵＸＧＡ（１６００個×１２００個）では、インライン画素対面画素で１６００：１９２００００となって１２００倍もの差が生じ、これは生産性及び歩留りの差や技術上の限界の差となり、面画素デバイスの開発に限界があるものと予想される。
【００４９】
また、ピクセルに印加する電圧は、アナログ量又はディジタル量のいずれでも印加可能なことも特徴的である。通常、既述した如き静電力による可動方法では、アナログ量で駆動してもばらつきが生じるため、使用しくにいが、上記の圧電素子１は逆圧電効果を利用した固体素子であって可動量と印加電圧とがほぼ比例関係にあるため、アナログ使用が可能となり、これによって任意の反射角度（光変調度）を実現できると共に、応答スピードの遅い圧電素子も使用可能であり、コストも安くすることができる。
【００５０】
また、圧電素子１を実装する場合は、塵埃及び外力からＰＬＶを保護するために、ガラス等で表面を覆う等の密閉措置が必要であるが、セラミックス基板もこれに加えて放熱のために熱伝導性に優れたものを選択することが望ましい。なお、カラーフィルタ４は、白色光源の使用時に、赤、青、緑の３色の分光操作を省く場合に取り付けることにより、ダイクロイックミラーやプリズム等を使用しなくてもよい。
【００５１】
なお、鏡面３の角度はピクセル製造時にばらつきが生じても、ピクセル２毎に印加電圧を制御することにより一定にすることができるが、ヒステリシスが少ないために通常は素子にそうした制御をかける必要がない。
【００５２】
圧電素子１の光源はレーザ光であるのが望ましいが、レーザ光の発生装置はコスト、大きさ、安全性等で改良の余地があるものの、色の再現性が良く、プロジェクタに適している。ＰＬＶはミラー反射であるため、レーザ光及び可視光でも使用可能であり、発展性の高いデバイスである。
【００５３】
上記した圧電素子１の各ピクセルは、図２〜図４のように構成（いずれも図１（ａ）におけるｂ−ｂ線断面対応）してよい。
【００５４】
即ち、図２は積層圧電体２が図１（ｂ）と同様に上下方向（矢印方向）に積層され、断面コ字状のアルミニウム等の筐体（例えば負極）８の内側に、一方に空間１０を残して配される。そして、不図示の正極−陰極間に所定の電圧を印加することにより、逆圧電効果によって積層圧電体２が歪み、電極８の開放部１２側が変形し、鏡面３が仮想線のように例えば０〜０．５度の範囲で傾斜するため、この鏡面３への入射光Ｌ1の反射光Ｌ2の光路が変化する。
【００５５】
また、図３は積層圧電体２が横方向（矢印方向）に積層され、この積層圧電体が、断面コ字状に形成され、対向配置された金属電極９ａ（正極）と９ｂ（負極）との間の中央部に挟置され、その両側に外装１１ａ、１１ｂが配されている。そして、正極９ａに所定の電圧を印加することにより、逆圧電効果によって積層圧電体２が歪むと共に、外装１１ｂ側が変形し、鏡面３が仮想線のように傾斜するため、鏡面３への入射光Ｌ1の反射光Ｌ2の光路が変化する。
【００５６】
また、図４は、矢印Ｄ方向に積層されたバイモルフからなる圧電体２が正極９ａの両側に配され、これらの圧電体２の外側にそれぞれ金属電極９ｂ（負極）が設けられている。そして、正極９ａに所定の電圧を印加することにより、逆圧電効果により積層圧電体２が矢印Ｅ方向に収縮し、鏡面３及び電極９ｂのそれぞれの面が仮想線のように変形するため、鏡面３及び一方の電極９ｂ側への入射光Ｌ1の反射光Ｌ2の光路が変化する。
【００５７】
従って、図２〜図４のいずれも、既述した図１における積層圧電体２及び鏡面３として使用することができる。
【００５８】
また、図３に示した素子は図５のように形成してもよい。即ち通常のセラミックからなる主体１６に、例えばチタン酸・ジルコン酸鉛（ＰｂＴｉＯ3・ＰｂＺｒＯ3）からなる活性部（圧電体）１７を圧電駆動体１５に内蔵し、これを基板１８上に形成する。この場合、主体１６内における活性部１７の位置関係は、Ｌ方向の主体１６の端縁と活性部１７との距離ｌ1及びｌ2を均等とし、幅Ｗ方向の主体１６の端部と活性部１７との距離ｗ1は大きく、ｗ2は小さくする。活性部１７に電圧が印加されるとＸ方向に伸びると同時にＹ方向は縮小するため、この圧電体１５は仮想線のように曲折し、鏡面３が曲折前と曲折後とではθ角変位する。なお、このような構成は後述する他の実施の形態にも適用することができる。
【００５９】
図６は、図５における圧電駆動体１５への印加電圧に伴い変位する鏡面３の角度θと周波数の関係のグラフを示す。即ち、図６に示すように、Ｌ(図５におけるＬを指す)が小さいほど共振周波数が高くなり、駆動周波数も上げられる（約８０％まで）。同様に図５におけるＷも小さくすれば共振周波数が上がる。
【００６０】
次に、本例による光変調素子１を組み込んだ時の光変調装置２０の駆動システム又は投映システムを図７について説明する。光変調素子１はコントローラ２４によって駆動制御され、緑色レーザ光源２２からの出射光Ｌ1が、反射鏡２３ａ、コリメーションレンズ３９、反射鏡２３ｂを経由して導かれて、光変調素子１の各ピクセルの鏡面に入射し、変調された反射光Ｌ2を生じる。この反射光のうち不要な反射光Ｌ2’が遮蔽材としての反射鏡２３ｃによって光吸収体３２へ導かれて吸収され、必要な反射光Ｌ2が光変調部２１から出射する。
【００６１】
光誘導部２８には、上記した光変調部２１と同様な構成の青色光源２５及び赤色光源２７を更に有しており、それぞれ専用の緑色光透過性の反射鏡２６ａ、緑色光及び青色光透過性の反射鏡２６ｂが設けられているため、光変調部２１から出射した緑色光は反射鏡２６ａ、２６ｂを透過して光誘導部２８から出射し、赤、及び青色光はそれぞれの光源２５、２７から出射後それぞれの反射鏡２６ａ、２６ｂで反射して光誘導部２８から出射し、いずれも帯状光線Ｌ2となってプロジェクションレンズ２９へ入射する。
【００６２】
そして、プロジェクションレンズ２９で集束された光Ｌ3はスキャナーとしてのポリゴンミラー３０によって反射され、スクリーン３１上で走査される。即ち、ポリゴンミラー３０は矢印方向へ回転するため、ポリゴンミラー３０の各反射面３０ａによって反射された光Ｌ4が、スクリーン３１上を掃引され、スクリーン３１に画像等が投映される。
【００６３】
通常はレンズでのアスペクト対応が一般的であり、左右方向に画面がレンズで引き伸ばされることにより、この引き伸ばされた分に対応して解像度は低下するが、本例では特殊な補正レンズを使用しないので、ラスターの直線性を損なうこともなく、解像度を低下させることがない。
【００６４】
上記した光変調部２１は、図８のように光源としては白色光源３３を用い、この出射光Ｌ1がコリーメーションレンズ３９を通ってダイクロックミラー４０ａ、４０ｂによって赤、青及び緑の３色に分光されるように構成してもよい。即ち、緑色透過性のダイクロックミラー４０ａ、４０ｂを用いて緑色を透過し、赤色をダイクロックミラー４０ａによって分光し、青色をダイクロックミラー４０ｂによって分光し、分光した各色（赤、緑、青）は不図示のコリメーションレンズを経由して、図７と同様にポリゴンミラー３０へ導く。
【００６５】
上記の光変調装置２０における駆動システムによる掃引方法は、図９（ａ）に示す垂直掃引と図９（ｂ）に示す水平掃引の２通りが可能である。図９（ａ）の垂直掃引は、図７における光誘導部２８からプロジェクションレンズ２９を経由する光のポリゴンミラー３０への入射角度を変え、スクリーン３１の上端部より下端部方向へ掃引投映し、また水平掃引はスクリーン３１の左端部より右端部方向へ掃引投映するものであり、いずれも掃引周波数は６０Ｈｚ又はそれ以上の低い周波数で行うことができる。
【００６６】
ＣＲＴの場合は、倍速対応すれば水平及び垂直とも２倍にする必要が生じたり、コンピューターディスプレイでは、マルチスキャン対応で水平周波数は１５ｋＨｚ〜６０ｋＨｚをハードで対応しなければならないこと等に比べ、本実施の形態の光変調装置２０は容易に行うことができる。
【００６７】
また、既に実用されている水平掃引ではピクセル数がライン数でよいため、垂直掃引より素子を小さく形成できるものの、スピードが要求されるため、素子の微細加工技術や高速のドライブ回路が必要である。しかし、圧電素子は小さくカットすることにより共振周波数が高くなり、スピードが速くなる特徴があるので、水平掃引での実用も可能であるものの、コスト的見地から見た場合、微細加工技術の進歩に合わせることが重要である。
【００６８】
一方、垂直掃引の場合は、水平解像度が必要な分だけのピクセル数が必要となるものの、スピードの遅い素子の使用が可能であり、また、特殊な微細加工も必要ではなく製造上は有利である。
【００６９】
また、投映や投射時には、鏡面反射の方向とスキャナー反射の方向が＋されたり−されたりするため、画質が劣化し易い。これを防止するために、本実施の形態は投映や投射時に、その＋分と−分を補正した電気信号を作り、光変調素子１をドライブすることにより補正が可能であり、このような対策は高画質化のために必要な措置である。
【００７０】
図１０は、上記した光変調装置２０において光量が可変するイメージ図である。即ち、光変調素子１の鏡面３は最大約０．５度を印加電圧によって反射方向を変更可能に設定しておき、電圧無印加時にはミラー２３ｃで全反射させ、また電圧印加が最大の時にはミラー２３ｃで輝度補正のために一部が反射する（カットオフ）状態に設定する。
【００７１】
図１０に示すように、遮光手段としてのミラー２３ｃがインライン状に配列された個々のピクセル２の鏡面３に対応して、光束Ｌwの一方側のみ設けられ、このミラー２３ｃで光束Ｌwの片側のみを遮光して光量が制御されるので、光量調整がアナログ的に確実に行えると共に、十分な高輝度の光量をポリゴンミラー３０に供給できる。このように簡単な構造のミラー２３ｃを用いて光量調整が可能であり、ミラー２３ｃは光吸収体を用いて構成してもよい。
【００７２】
そして、ピクセル２がインライン状（特に各ピクセル毎又は数個のブロックに分割されて）に配されることにより、画素に対応した光変調の個別毎の制御が可能になり、遮光手段（ブロック毎に分割も可）が光束Ｌwの一方側のみにインライン方向に沿って配されることにより、個別の制御を行うことができる。
【００７３】
これにより、中間の電圧印加時には、ミラー２３ｃに反射する光量がポリゴンミラー３０に届かないため、光量がアナログ量でコントロールできる。設定方法は上記の逆であっても同様の効果を得ることができるが、電圧無印加時には光線が投射または投映されない方が安全上は望ましい。
【００７４】
また、図１０に示したプロジェクタにより回折光を用いて投映する場合は、遮光板２３ｃは必ずしも必要でなく、またビームスプリッタをＰＬＶ１の入（反）射側に設けて、入射光と反射光を分離してよい。
【００７５】
また、面素子系の投映及び投射用レンズは、４コーナー部までフォーカスしなければならないため高性能で大口径のレンズが必要であるが、本実施の形態のレンズでは、インライン画像のみレンズを通過させればよい。従って装置の軽量化が可能であると共に、ＬＣＤにおけるガンマ補正は不要であるため、画質劣化の心配がなく、ＤＭＤやＧＬＶによるディジタル駆動では、オン／オフ時に光の往復運動があるためコントラストレシオを悪化させ易いが、本実施の形態のアナログ駆動ではこのような劣化が生じない。
【００７６】
また、半導体技術で作製されるＤＭＤやＧＬＶは、コストの関係から小型化する必要があり、小型化に伴い光学系の倍率を高くする必要があるため画質が劣化し易いが、ＰＬＶはむしろ大きい方が作製し易く、このため光学系の設計が容易であり、超大型映像向きと言えるものの、大掛かりな設備は必要でなく、既存のセラミック製造設備で充分に対応でき、新たな設備投資を削減できる。
【００７７】
図１１は、プリズムまたは回折格子３４等を用いて図８に示したような白色光源を分光し、赤色、緑色、青色を直接それぞれのＰＬＶ１でドライブするイメージ図であり、ダイクロイックミラーを使用しない例を示す。即ち、インライン状に並んだピクセル１に対して分光した単色光（赤色、緑色、青色）を入射させる必要があるため、プリズム（又は回折格子）３４からの光もインライン状に取出す。
【００７８】
従って、図示の如く、プリズム（又は回折格子）３４によって、白色光源３３の出射光を赤色、緑色及び青色の各色成分別に分けて出射させ、各出射光別の反射鏡１３３の反射光を各色別のＰＬＶ１に導くことにより、各色ごとに変調光を取り出すことができる。
【００７９】
例２
図１２は本例の光変調素子１Ａの概略平面図を示す。この場合、上記した例１と同様に、反射光を用いるものであり、全ピクセルが同一材質、同一構造からなり、これらが不図示の例えばセラミック基板上に配列され、上記と同様にライン駆動されるが、例１と異なる点は、圧電体群２1〜２nの一方の側面が電極３６で連結され、一方の末端の圧電体２nがバイモルフ圧電素子３５の一端に結合されており、バイモルフ圧電素子３５によって周波数１０ｋＨｚ以上で移動量５０μｍ（ピクセル間隙相当分）矢印方向に振動されることである。
【００８０】
図示の如く、各ピクセル２間には間隙ｌが存在するため、垂直掃引又は水平掃引した時に、このピクセル間の間隙ｌが画面上で黒線になり画質を損ね易い。従って、上記の振動はこれを防止して高画質化するための措置であり、ピクセル間の幅ｌだけ鏡面３を矢印方向に高周波数でスライドすることにより、間隙１に生じる黒線を視覚から排除することができる。しかし、将来的には、微細加工技術が進歩し、この間隙ｌをピクセル幅Ｗに比べて大幅に小さく（例えば１／２０）することができるようになればこの措置は必要でなくなる。
【００８１】
また、光量可変用ミラーと共にピクセル２を固定して、ミラー面を水平にスライドさせる方向をスキャナー掃引方向に＋または−に移動させることにより、ＣＲＴで一般的に採用されている速度変調が可能であり、これによっても簡単に高画質化を図ることができる。この場合、水平掃引時には水平の輪郭補正がされ、垂直掃引時には垂直の輪郭補正がされる。
【００８２】
図１３（ａ）は、上記した例１及び例２における光変調素子の切断方法の概略斜視図を示す。即ち、超極薄ダイヤモンドブレード等のカッター５２を用い、一方の端縁部に電極（＋）用の銅箔部４６を設けた圧電体板３７（−電極は図示省略）の銅箔４６の一部分を残してカット、または全てを所定寸法（例えば１５０μｍ）に切り出すこともできる。つまり、図１３（ｂ）に示す切断形態の一例のように、ａ領域のみを切断することにより銅箔部４６のみをカットすることができ、またはａ領域を含む全体を切断することにより図１３（ａ）に示す全カットを行うことができる。
【００８３】
このように、単一の積層圧電体又はバイモルフ圧電体の基板ブロックからカットしてインライン状のピクセル２を作製するので、圧電体板３７を櫛状にして作製することにより、それぞれのピクセル２の品質にばらつきがなく、また、温度等の環境変動に対しても個々のピクセル２にばらつきが生じず、製造及び設計が容易である。
【００８４】
図１４はこの投映システムの駆動制御回路のブロックダイヤを示す。コントローラ部２４からのＰＬＶ１及びミラースキャナードライバー３８へ同期信号と補正されたデータが出力され、これにより、ＰＬＶ１及びポリゴンミラースキャナー３０が駆動する。このような多様な制御又は変調信号に対してＤＳＰ（Digital Signal Processor）やＰＬＤ（Programmable Logic Device）等のソフトでの対応が可能であり、また、ハード側の光学システムやスキャンシステムも設計変更することなく対応が可能である。
【００８５】
上記の如く反射光を利用する例１及び例２によれば、光変調素子としての圧電素子１に鏡面３を取り付け、この圧電素子１に対する印加電圧に応じて鏡面３の反射方向を変えることができるため、ピクセル２をシングルインラインに並べた圧電素子１の鏡面３にレーザ光や可視光を入射し、圧電素子１に荷電したときに鏡面３の角度を変えて、シングルインライン状に投映又は投射を行いながら、この動作中に垂直又は水平にミラースキャナーで掃引（偏光）することにより画像として投映されるので、次の（１）〜（１０）に示す顕著な効果を奏することができる。
（１）インライン構造により製造プロセスが簡素であるため、製造管理がし易く、低コスト化できる。
（２）鏡面の平坦度が可動時も非可動時も維持される構造であるため反射効率が高く、またその反射光を直接投映するため、光効率も良く、コントラストレシオが大きくとれる。
（３）可動部のミラー反射角度をアナログ量で可変できるため、ドットイメージでない連続した掃引軌跡を投映でき、モワレ縞が発生しにくい。
（４）アナログ駆動及び垂直掃引を行なうことにより、圧電体等の応答の遅い材料でも使用できる。
（５）圧電素子には小さいほど共振周波数が小さくなる特徴があり、微細加工技術の発展により将来スピードのアップが見込めることに加え、ピクセル数を増加しても大型にならず、小型軽量化できる。
（６）バイブレーションにより走査線の見えない映画に近い画像を出せる。
（７）面映像素子での高画質化はピクセル数の増大により累積的に難易度が高くなるが、ＰＬＶではピクセル数が少なく有利である。
（８）インライン掃引をするため、４：３、１６：９及び（１：２．３５）のようなシネマ等のアスペクト変更に対し、ＰＬＶは電気的駆動変更で対応でき、また、使用されないピクセル領域がなく無駄がない。
（９）ＣＲＴでは倍速対応やコンピューターの表示モードで水平及び垂直周波数が変わるため、偏向回路の切換えが必要であるが、ＰＬＶでは映像信号の電気的処理により、偏光システムはフリッカーを感じない周波数（例えば６０Ｈｚ以上、１２０Ｈｚ以下）へ任意で簡単に固定できる。
（１０）鏡面部に透明カラーフィルターを付けることにより、ダイクロイックミラー又はプリズム等の３色分光を省ける。
【００８６】
これにより、従来のＣＲＴ、ＬＣＤ、ＤＭＤ及びＧＬＶによる方法における諸問題を解消することができる。
【００８７】
例３
図１５及び図１６は本例の光変調素子１Ｂを示し、上記したと同様に、電気エネルギーを機械的エネルギーに変換する逆圧電効果を利用した回折光を用いるものであって、光を反射する鏡面を有し、光回折するための可動部と固定部を構成する積層圧電体２の群からなっている。
【００８８】
即ち、この光変調素子１Ｂは、図１５に示すように分割された多数のピクセル２からなり、そのXVI−XVI線断面である図１６に示すように、セラミックス等の基板１８上に配された正電極４２a、積層圧電体２、負電極４２ｂがこの順に複数段に積層され、最上面にアルミニウム又は金の蒸着によって鏡面３が配された構造において、正極４２ａが積層圧電体２を覆うように、その一方の側端を連結して基板面の銅箔（＋）４３ａに半田４１を用いて接続され、これに対向する形で負電極４２ｂの一方の側端が、基板面の銅箔（−）４３ｂと鏡面３とを連結するように形成されて銅箔４３ｂに半田４１で結合され、これら両電極で囲まれた領域の電極同士の間は絶縁材４５を配して絶縁されている。
【００８９】
この光変調素子１Ｂは、図１５に示すように、幅ｗ：５μｍごとに、切断溝幅ｌが０．５μｍ〜１．０μｍで分割されてピクセル５1〜５nが６４８０個配列され、例えばピクセル５1が固定部、ピクセル５2が可動部として、これらが交互に配置され、上述した各例と同様にライン駆動される。
【００９０】
この光変調素子１Ｂは、回折光を利用し、図２７及び図２８と同等の現象で光変調するものであるが、その段数は圧電素子の材質や厚み、印加電圧及び可動部の必要可動量（例えばλ／４）に応じて決めればよい。また、上述した例と同様に、単一の積層圧体ブロックを分割して作製するため、全てのピクセルが同一材質で同一構造に形成されている。
【００９１】
図１７（ａ）は、上記の如く構成された光変調素子１Ｂの平面図、図１７（ｂ）は、図１７（ａ）の一部分の拡大平面図を示す。即ち、図１７（ｂ）は、幅Ｗ：２００μｍ、長さＬ：４０ｍｍの圧電構造体４４から切り出された一部分を示し、この圧電構造体４４から６４８０個に分離され、交互に可動部と固定部に分けられる。この切り出しは図１３に示した方法で実施でき、製造プロセスが簡素で製造管理が容易となり低コスト化が可能になる。
【００９２】
このように構成された光変調素子１Ｂは、図７に示した光変調装置２０を用いて上記した実施の形態１及び２と同様に、コントローラ２４によって制御された印加電圧により可動部が約１２０ｎｍ上昇駆動するため、可動部と固定部との段差がそれぞれの鏡面３に形成され、光源から導かれた光の反射光の干渉による回折を利用することができる。そして、可動部を上昇させない状態では固定部と共に光を全反射し、可動部を上昇させれば光回折させることができ、この動作はライン駆動及び面駆動で行うことができる。
【００９３】
上記した如く、この光変調素子１Ｂは、電圧の無印加時は鏡面に光が当たると全反射し、交互に配した可動部に電圧を印加して鏡面部を入射光のλ／４上昇させることにより、光回折が起こり光が曲げられるため、鏡面からは正面に全反射しない。また、正面反射光を活用することもでき、回折光を活用することもでき、駆動はディジタル駆動又はアナログ駆動することができる。但し、他のピクセルの影響を避けるためにはディジタル駆動するのがよい。
【００９４】
また、図１７（ｂ）に示すように、ピクセル２の群のＡ端部とＢ端部とで印加電圧量を変え、即ち、例えばＢ端側に高い電圧をかけ、Ａ端側にかけて徐々に電圧を低くして（又は無印加）印加電圧に勾配をつけることもできる。これによりＡ端側が縮み全体を傾斜させることもできる。
【００９５】
このような構成により、電圧無印加時の鏡面３が外部温度の影響で温度変化や経時変化による伸縮があっても、構造上相対的に変化するため影響をキャンセルして相対位置が一定に保たれ、品質が低下せず、電圧印加時においても相対位置が安定し、良好な回折が得られる。また、可動部の伸縮量は印加電圧の大きさで一定にすることが可能である共に、積層圧電体２を使用していることにより伸縮精度が良く、伸縮応答スピードが速い。しかも、ヒステリシスが少ないため、通常は素子にバイアス電圧をかけて制御する必要がない。
【００９６】
そして、この光変調素子１Ｂは最上部にアルミニウム又は金を蒸着しているため、電極と光の反射面を兼用でき、構造がシンプルである。更に、既述したＧＬＶのリボンタイプに比べて高硬度であるため、可動時も鏡面３の平坦度が高いため反射効率及び回折効率が高く、コントラストレシオを大きくとれる特長を有している。
【００９７】
また、上記最上部をアース側電極にしてシールド効果を持たせている特長を有している。これにより、不要な静電気や電磁気の影響を受けにくい構造となっているため、自発分極を防止することができる。なお、可動部は上昇でなく下降させることもできる。
【００９８】
この光変調素子１Ｂを実装する場合は、塵埃及び外力からＰＬＶを保護するために、ガラス等で表面を覆う等の密閉措置が必要であるが、セラミックス基板もこれに加えて放熱のために熱伝導性に優れたものを選択するのが望ましい。また可動部の伸縮量は印加する電圧で制御することのほか、上記したように、圧電素子の両端部で印加電圧の差をつけて電極のバランスを変えることにより鏡面を傾斜させることができる（図７（ｂ）参照）。更に、この原理を利用して赤色、緑色、青色のλ／４を場所によって使い分けることにより、デバイスは各色ごとに製品化する必要は必ずしもない。
【００９９】
また、積層ではなく、バイモルフ型（バイメタル）の応答速度が速くなれば横方向のインライン配列も考えられ、これにより適度な傾斜も得られ、コストダウンが可能になる。
【０１００】
また、掃引方法は水平掃引と垂直掃引の２通りが可能である。既に実用されている水平掃引では、ピクセル数がライン数であればよいため、垂直掃引よりも素子を小さく形成できるものの、スピードが要求され素子の微細加工技術や高速のドライブ回路が必要となる。一方、垂直掃引の場合は水平解像度が必要な分だけピクセルが必要となるものの、スピードの遅い素子が使用可能であり、また特殊な微細加工も必要ではなく、製造上有利である。
【０１０１】
例４
本例の光変調素子１Ｃは、上記した例３と同様に、電気エネルギーを機械的エネルギーに変換する逆圧電効果を利用した回折光を用いるものであり、図１９に示すように、光を反射する鏡面と光を回折させる可動部分の積層圧電体２Ｆ、２Ｆ’の群からなり、基本的には例３と同様であるが、図１８〜図２０に示すように積層圧電体の構造が異なる。
【０１０２】
即ち、図１８に示す概略平面図のように、この光変調素子は図２０に示す圧電構造体４７の幅Ｗ：７μｍにおいて、長さＬ：２０５ｍｍの方向にｗ：１５０μｍごとに分割されてピクセル６1〜６nが１０２４個形成され、更に圧電構造体４７の長さＬ方向に７ａ列、７ｂ列及び７ａ’列に分割されるので計３０７２個のピクセル群が形成される。そして７ｂ列が固定され、７ａおよび７ａ’列が例えばλ／４（最大１８０ｎｍ）上下に駆動する可動部となっている。
【０１０３】
従って、可動部７ａ、７ａ’と固定部７ｂ列に対する光の光路差を利用するものであり、そのライン駆動により光が干渉しないように、可動部７ａ、７ａ’のそれぞれの列方向の波の光が用いられ、回折方向が決められている。
【０１０４】
図１９は、図１８のXIX−XIX線断面図を示す。この光変調素子１ｃは基板１８上に圧電構造体２Ｆが設けられ、可動部７ａ、７ａ’の最上面の外側が負極で覆われ、上面が負極に接続されたアルミニウムの蒸着膜によって鏡面３が形成され、基板表面の銅箔４３が各ピクセルに対する共通の正電極となっている。基板１８はセラミックスで形成され、耐衝撃性、耐振動性、耐熱性を有している。
【０１０５】
図２０（ａ）は上記したピクセルを形成するための材料、即ち、長さＬ：２０５ｍｍ、幅Ｗ：７μｍの圧電構造体４７を示し、図２０（ｂ）はこの圧電構造体４７から切り出された一部分のピクセル群である。図示の如く、長さ方向には７ａ列及び７ａ’列が幅Ｗ1：１．５μｍ、７ｂ列が幅Ｗ2：３μｍに分割され、それぞれの間に切り出し溝ｌ2：０．５μｍが形成され、また幅方向には個々のピクセル幅がｗ１．５μｍで切り出され、ピクセル間に切り出し溝幅ｌ1が０．５μｍに形成されている。
【０１０６】
このように構成された光変調素子１Ｃは、上記した例と同様に、図７に示した光変調装置２０を用いて駆動されるが、例３とは異なり、可動部が長さ方向に２列（７ａ、７ａ’）、固定部７ｂが１列に形成され、上記した各例と同様にライン駆動させるものである。
【０１０７】
そして、このように同一の動作をする７ａ列及び７ａ’列のピクセルが更に幅方向に切断されて分割されることにより、例えば列ごとに長さ方向に歪み又は印加電圧の不均一が生じても、全体が平均化されることになり、その列の反射角度を均一に保つことができるため、安定した回折光を得ることができる。
【０１０８】
即ち、例３と同様に、電圧の無印加時は鏡面への入射光は全反射し、更に、両サイドの列７ａ、７ａ’に電圧を印加して鏡面部を入射光のλ／４上昇させることにより、光回折が起きて光が曲げられるため、鏡面からは正面に全反射しない。また、正面反射光の活用及び回折光の活用が可能であり、入力信号及び出力信号共に、ディジタル駆動又はアナログ駆動することができる。
【０１０９】
この圧電素子の積層段数は、圧電素子の材質や厚み、印加電圧及び可動部の必要可動量（例えばλ／４）に応じて、任意の積層段数に形成することができる。そして電極を設けたシングルインライン状の積層圧電素子に、一定の間隔で切り込みを入れて作製するため、全ての圧電素子が同質材料で形成される特徴を有している。
【０１１０】
このような構成により、電圧無印加時の鏡面３は、外部温度の影響で温度変化や経時変化による伸縮があっても、構造上相対的に変化するため影響をキャンセルして、相対位置が一定に保たれ、品質が低下せず、また、電圧印加時においても相対位置が安定し、良好な回折が得られる。
【０１１１】
また、可動部の伸縮量は印加電圧の大きさで一定にすることが可能であると共に、積層圧電素子の使用により伸縮精度が良く、また伸縮応答スピードが速い。しかも、ヒステリシスが少ないため素子にバイアス電圧による制御の必要はないが、ピクセルの高さにばらつきが出た場合はバイアス電圧をかけて補正することができる。
【０１１２】
この光変調素子１Ｃも最上部にアルミニウム又は金による鏡面３を設けているので、電極と光の反射部を兼用でき、構造がシンプルである。また、ＧＬＶのリボンタイプに比べて高硬度であるため、可動時も鏡面３の平坦度が高く、反射効率及び回折効率が高いという特徴を有している。
【０１１３】
また、最上部をアース側電極にしてシールド効果を持たせていることが特徴であり、これにより不要な静電気の影響を受けにくい構造となっているため自発分極を防止することができる。また、スピードアップのために、固定部にも逆の電圧をかけて同時に可動させることもでき、可動部は下降させることもできる。
【０１１４】
この圧電素子１Ｃを実装する場合は、塵埃及び外力からＰＬＶを保護するためにガラス等で表面を覆う密閉措置が必要であるが、セラミックス基板は放熱のために熱伝導性に優れたものを選択することが望ましい。
【０１１５】
この圧電素子１Ｃは、可動部に印加する入力電圧はアナログ量またはディジタル量でもよいが、既述した公知のリボン形状のインライン配列の場合は、光回折の方向が他のピクセルと同じ方向であるため、アナログ的使用はできず、他のピクセルに影響しないレベルで回折をするディジタル量に限られる。このようにアナログ量での使用が可能であることにより、スピードの遅い圧電素子の使用も可能になりコストも安くすることができる。
【０１１６】
本例の場合も、掃引方法は水平掃引と垂直掃引の２通りが可能である。既に実用されている水平掃引ではピクセル数がライン数であればよいため、垂直掃引より素子を小さく形成できるものの、スピードが要求され、素子の微細加工技術や高速のドライブ回路が必要である。一方、垂直掃引の場合は、水平解像度が必要な分だけのピクセルが必要となるものの、スピードの遅い素子が使用可能であり、また、特殊な微細加工も必要ではないため、製造上有利である。
【０１１７】
上記した回折光を利用する例３及び例４によれば、鏡面３が形成されたピクセル群がインラインに固定部と可動部に分けられ、レーザ光等による照射時に印加電圧の有無又は電圧の大きさに対応して鏡面３の角度を変え、これによって生じる光の回折を利用して投映されるので、次の（１）〜（５）に示す顕著な効果を得ることができる。
【０１１８】
（１）製造プロセスが簡素であるため、製造管理がし易く低コスト化ができる。
（２）鏡面の平坦度が可動時も非可動時も維持される構造であるため、全反射効率及び回折効率が高く、コントラストレシオを大きくとれる。
（３）可動部の伸縮量をアナログ量で変化させることができ、微調整ができる。
（４）アナログ量で変化させた場合でも素子に対して水平方向に回折されるため他のピクセルに影響を与えない。
（５）垂直掃引を行なうことにより、スピードの遅いデバイスでも使用できる。
【０１１９】
これにより、従来のＣＲＴ、ＬＣＤ、ＤＭＤ及びＧＬＶによる方法での問題点を解消することができる。
【０１２０】
例５
図２１は本例の光変調素子（ＧＰＬＶ：Grating Piezoelectric Light Valve）１Ｄの平面図を示す。これも電気エネルギーを機械的エネルギーに変換する逆圧電効果を利用した回折光を用いるものであり、アルミニウム（又は金）の蒸着により形成された負極としての鏡面３を設けた積層圧電体２が、セラミックス等からなる基板（図示省略）上に形成され、この積層圧電体２は固定部５３と可動部５０となるピクセル５０l〜５０nとを有して構成されている。
【０１２１】
そして、これらの積層圧電体２は、１層の厚みが数十ミクロンの圧電体をインライン方向と直交する方向に４層以上重ねて形成し、可動部５０をＡ、Ｂ、Ｃの一列おきに形成し、可動部５０となる層には電圧印加電極を設けるものである。図２１に示すように、インライン方向に例えばＡ、Ｂ、Ｃ列の可動部５０が固定部５３の間に配設され、Ａ、Ｂ、Ｃ列の可動部５０はインライン方向に５０〜２００μｍ程度の長さで下部が図２４のように分離され、全部で８００〜２０００個のピクセル５０l〜５０n（図２１では５０1〜５０3に省略図示。）が形成される。そして電圧印加電極に電圧を印加すれば、その層の厚みが増すと同時に直交方向（図２２における上下方向）で伸縮が起きる。
【０１２２】
図２２は、上記図２１のXXII−XXII線断面図であり、図２２（ａ）は電圧無印加時の状態、図２２（ｂ）は印加電圧によって、電圧印加電極５１に対向配置されている負極：鏡面３がλ／４変位した状態を示す。
【０１２３】
図２２（ａ）に示すように、この光変調素子１Ｄの下端に導電材によって接合された＋電極５１が、各ピクセルの積層圧電体２の間に鏡面３側へ延設され、これに対向するように負極３が可動部５０の両側で＋電極５１側に延設され、これらの延設電極が噛み合うように配されている。そして、＋電極５１はＡ、Ｂ、Ｃ列間が接続され、インライン方向と直交方向は、ピクセル５０l〜５０nそれぞれの間が図２３のように分離されている。また、負極３は鏡面として、また共通電極として固定部５３及び可動部５０に一体になっているが、インライン方向はＡ、Ｂ、Ｃそれぞれの間が図２１の如く分割線１３４で分離されている。
【０１２４】
図２２（ａ）における積層圧電体２の鏡面３の一部分の拡大図を図２３に示す。このように、固定部５３と可動部５０との境はインライン方向に鏡面３が分離され、先端領域５０ａにおいては固定部５３と可動部５０の圧電体同士の接着力も弱いため、インライン方向では固定部５３と可動部５０との鏡面３が接続（即ち、共通のアース電極として一体になっている）されているものの、電圧印加にともなって図２２（ｂ）のように凹むことが可能になる。
【０１２５】
従って、電圧印加によって負極側へ延設された＋電極５１の先端と負極との間の先端領域５０ａにおいて積層圧電体２に伸縮が起こり、インラインと直交方向においては可動部５０の鏡面３のみが図２２（ｂ）のように凹み、インライン方向では図２４のように可動部５０の鏡面３の中央部がピクセルごとに凹む。その伸縮量は印加電圧量に比例するため、赤色、緑色、青色で所望の色のλ／４波長に相当する電圧を印加すれば、この電圧の印加により、可動部５０の鏡面３を所望の量で凹ませて、所望の色に対応した入射光を回折することができる。
【０１２６】
図２４（図２２（ｂ）のXXIV−XXIV線断面図）は上記した＋電極５１の分割を示す。即ち、単一の積層圧電体ブロックが可動部５０1〜５０nのそれぞれの間で＋電極５１の先端まで切り込まれ、インライン方向に各ピクセルが分割されている。このような＋電極５１の分割は、予め分割しておいてもよく、これにより、後で分割する際に起きるクラックや切り子の発生を無くせる利点もあるが、上記切り込みと同時に分割してもよい。
【０１２７】
このような構成により、電圧無印加時の鏡面３が外部温度の影響で温度変化や経時変化による伸縮があっても、各ピクセルが同一材質、同一構造であるために、相対的に同等に変化し、影響をキャンセルして相対位置が一定に保たれ、品質が低下せず、電圧印加時においても相対位置が安定し、良好な回折が得られる。また、積層圧電体２を使用していることにより伸縮精度が良く、伸縮応答スピードが速く、しかも、ヒステリシスが少ないため、通常は素子にバイアス電圧をかけて制御する必要がない。
【０１２８】
そして、この光変調素子１Ｄは最上部にアルミニウム又は金を蒸着しているため、電極と光の反射面を兼用でき、構造がシンプルである。更に、既述したＧＬＶのリボンタイプに比べ高硬度であるため、鏡面３の平坦度が高くて反射効率及び回折効率が高く、コントラストレシオを大きくとれる。
【０１２９】
上記したように、この光変調素子（ＧＰＬＶ）１Ｄのミラー面側はアース電極として一体に作られているので、ピクセルとピクセルの間で電気的導通が計られる効果がある。従って、電圧印加による凹み部が生じても動作（電圧の印加による逆圧電効果）が可能である。
【０１３０】
このように構成された本例の光変調素子１Ｄは、鏡面３に光源５５から白色光又はレーザ光を当てると、入射光Ｌ1は光回折によって図２５に示すように左右に反射光Ｌ2が曲げられる。その分離した反射光Ｌ2を反射鏡５６ａ、５６ｂによって反射させ、その反射光Ｌ3を反射鏡５７とダイクロイックミラー５８とにより合成（片側でも投映出来るが合成する方が効率的である。）し、その合成された反射光Ｌ4を掃引用ミラー５９（ガルバノ又はポリゴン）で水平方向又は垂直方向に走査してスクリーン３１に投映する。この場合、図２５のように投映用レンズ６０を介在させて拡大することも可能である。
【０１３１】
図２６は、本例の投映システムの駆動制御回路の一例のブロックダイヤを示し、受光素子６１の検出値に基づいて、コントローラ部２４からＧＰＬＶ１Ｄ及びガルバノミラースキャナードライバー３８へ同期信号と補正されたデータ出力が指示され、これにより、ＧＰＬＶ１Ｄ及びガルバノミラースキャナー５９が駆動する。このような多様な制御又は変調信号に対して、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）やＰＬＤ（Programmable Logic Device）等のソフトでの対応が可能であり、またハード側の光学システムやスキャンシステムを設計変更することなく対応が可能である。
【０１３２】
上記の如く、本例の光変調素子１Ｄは、電圧印加によって積層圧電体２が積層方向に伸長すれば、これと直交する面は収縮することを利用し、可動部５０への選択的な電圧の印加により、印加電圧の量に比例した伸縮が得られるため、光回折の条件となるλ／４の高低差をつけ、即ち、所望の色（赤、緑、青）のλ／４波長に相当する電圧の印加によって実現することができる。
【０１３３】
即ち、平面な鏡面部３を凹ませれば必ずしもλ／４でなくとも回折現象が起きるが、例えば緑の波長５２０ｎｍの場合、λ／４は１３０ｎｍであり、この時の真正面からの入射光はキャンセルされて真正面には戻らず、両側に色分離して向きを変えた入射光になる。しかし、単独のＧＰＬＶで色を切り替える場合はミラーの位置は固定されるので、例えば緑の反射光の位置にミラーを設置した場合、青及び赤は鏡面部の凹ませ量を変えて反射光の角度を合わせる必要がある、という原理に基づいている。
【０１３４】
つまり、青及び赤はそれぞれのλ／４の凹み量では、ミラー位置にそれぞれの色は戻らず、次の関係の時に同じ位置に１次反射光が戻り、真正面にも１部戻る。従って、緑の波長（５２０ｎｍ）の凹み量（λ／４）でミラー位置を決めた場合、赤（７８０ｎｍ）ではλ／３、青（３９０ｎｍ）ではλ／６の凹みにする必要がある。なお、演色性で波長を変える場合は上記の比率で凹み量を変えれば良い。
【０１３５】
一般的にクセノンランプ等の輝線スペクトルは、可視光領域全ての波長に見られるので、色度図上において最も広い３点の波長を選択することにより、高演色性の映像再現が可能であり、上記赤／青／緑の波長は、この色度図上で最大の３角形が出来る波長である。但し、実用に際しては視感度の高い波長を選択した方が、輝度の明るい映像が楽しめる。
【０１３６】
そして具体的な色の投映方法は次の（１）〜（３）のような方法が考えられる。
（１）１ライン毎に赤／青／緑と投映順番に変えていく。
この場合、傍で見るとカラーストライプ状態が判り易い。
（２）１フレーム毎に赤／青／緑と投映色を順番に変えていく。
この場合、瞬き等により色が認識される。
（３）ライン毎に、しかもフレーム毎にも色の順番を変える。
この場合、カラーストライプやフリッカ等が目立ちにくく、フレーム周波数を遅くする事ができる。
いずれにおいても、光変調素子が一組の場合でも回転カラーフィルター等を使用せずにカラー画像の投映が可能となる効果がある。
【０１３７】
一般的にランプによる白色光源では輝線スペクトルがあり、波長により発光強度が変わるが、本例はλ／４の高さが印加電圧の量で任意に変えられるため、発光強度の強い波長にチューニングすることにより、輝度の低下を抑えることが可能であり、従って、図２６に示すように、投映状態をモニターしながらフィードバックする機能を付加することも可能である。
【０１３８】
なお、掃引用ミラーにポリゴンスキャナーを使う場合には、ｆ−θレンズで補正後投映することが望ましい。また、ガルバノミラーを使用する場合は、掃印時に帰線期間を設けず、往復で投映することにより光の利用効率を向上させることができる。
【０１３９】
上記した光変調素子１Ｄは単独のＧＰＬＶの場合であるが、予め、入射光を赤／青／緑の３色に分離した後に、それぞれの光を各色専用のＧＰＬＶに入射させることにより、輝度アップを図ることも可能である。
【０１４０】
また、ＧＰＬＶの駆動方法は輝度量の変化をＰＷＭ（パルス幅変調）で行い、色の切り替えを印加電圧値で行ってもよい。
【０１４１】
また、光回折効率を向上させるために、偏光ビームスプリッターと１／２波長板を組み合わせた偏光分離変換装置をＧＰＬＶの入射前に挿入することにより、Ｓ波／Ｐ波とも有効利用が可能になる。
【０１４２】
上記した例５によれば、電圧印加によって積層圧電体がその積層方向に伸長し、これと直交方向の面が印加電圧量に比例して収縮することを利用し、三原色（赤、緑、青）の波長がそれぞれ等角度に回折する電圧を印加して、所望の光色をスクリーン３１へ導き、投映するので、次の（１）〜（７）に示す顕著な効果を得ることができる。
【０１４３】
（１）低価格な圧電素子で光回折が可能である。
（２）素材が安く、また、ピクセルを大きくして加工性を高めることができる。
（３）ピクセルが大きいので投映倍率を下げられると共に、明るい映像を投映することができる。
（４）所望の光色を印加電圧で等角度に回折できるので、ライン毎やフレーム毎、またはその併用で色の切換えが可能となる。
（５）ミラー反射の場合、複数の開口を持つ非反射性表面装置でのクリッピングが必要であるが、本システムでは不要であり、それらを調製する必要もない。
（６）入射光をインライン上の左右に分離するため、他のピクセル光の影響を受けない。また、出射光を左右対称に分離しているため、出射光の合成がし易く、光効率を向上することができる。
（７）３色のレーザー光に限らず、白色光でも１つのＧＰＬＶでカラー３色の切換えが可能であるため、回転カラーフィルター等が不要である。
（８）３色とも同一の光路を通すため、色ずれが出ない。
（９）各色とも輝線スプリアスの最高値の波長にチューニングすることにより、最大限のエネルギーを取り出すことができ、自動化し易い。
【０１４４】
上述した各例は、本発明の技術的思想に基づいて変形することができる。
【０１４５】
例えば、圧電素子の材料、積層構造、形状、寸法等種々変更してよいし、また、印加電圧の制御により選択的に動作量を異ならせてもよく、ピクセルの動作方向も上昇や下降に限らず、任意に変化させることもできる。
【０１４６】
なお、上述した例による光変調素子は単独で使用するのがよいが、これと併用して、例えばＤＭＤの如き面デバイスのミラーをインライン状に配置し、変調された反射光の光量を遮断手段で制御してライン駆動させることもできる。
【０１４７】
【発明の作用効果】
上述した如く、本発明によれば、反射面が設けられた可動部への電圧印加の有無又は大小によりこの可動部が作動するため、この反射面で入射光が回折されて変調される。従って、可動部への印加電圧の差又は選択的な電圧の印加又はその大小により、所望の回折光が得られると共に、可動部の回折光が互いに干渉しないように可動部のインライン方向に沿う方向の波の光を用いるので、位相差により反射面で入射光が回折されて所望の変調を行え、かつ常に良好な回折光が得られる。従って、これをアナログ制御及びライン駆動が可能に構成することにより、構造も簡略化された投映及び映像システム等を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施の形態を説明するための例１による光変調素子の概略図を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ線断面図である。
【図２】同、変形例を示す概略図である。
【図３】同、他の変形例を示す概略図である。
【図４】同、更に他の変形例を示す概略図である。
【図５】図３の変形例を示す概略図である。
【図６】図５の角度と周波数の関係を示すグラフである。
【図７】同、光変調装置（ＰＬＶ）を組み込んだ投映システムの概略構成を示す図である。
【図８】同、光変調装置の一部分の変形を示す概略図である。
【図９】同、掃引方向を示す図である。
【図１０】同、光変調装置（ＰＬＶ）の投映システムにおいて光量可変を示すイメージ図である。
【図１１】同、プリズム等による分光のイメージ図である。
【図１２】  同、例２による光変調素子（ＰＬＶ）の概略図である。
【図１３】同、光変調素子の切断方法を示す概略斜視図であり、（ａ）は全体のイメージ図、（ｂ）は切断形態の一例を示す斜視図である。
【図１４】同、光変調装置の駆動制御回路を示すブロック図である。
【図１５】  同、例３による光変調素子（ＰＬＶ）の概略図である。
【図１６】同、図１５のXVI−XVI線断面図である。
【図１７】  同、光変調素子を示し、（ａ）は全体の概略平面図、（ｂ）は（ａ）の一部分の拡大図である。
【図１８】  同、例４による光変調素子（ＰＬＶ）を示す概略平面図である。
【図１９】図１８のXIX−XIX線概略断面図である。
【図２０】  同、光変調素子を示し、（ａ）は全体の概略平面図、（ｂ）は（ａ）の一部分の拡大図である。
【図２１】  同、例５による光変調素子（ＧＰＬＶ）の一部分の概略平面図である。
【図２２】図２１のXXII−XXII線断面図を示し、（ａ）は非動作時、（ｂ）は動作時である。
【図２３】図２２（ａ）の一部分の拡大図である。
【図２４】図２２（ｂ）のXXIV−XXIV線概略断面図である。
【図２５】  同、光変調素子を用いた投映システムの概略図である。
【図２６】同、光変調素子を組み込んだ投映システムの駆動制御回路を示すブロック図である。
【図２７】従来例による光変調素子の概略平面図である。
【図２８】図２７のXXVIII−XXVIII線の一部分の拡大断面図である。
【図２９】同、動作時の状態を示す断面図である。
【符号の説明】
１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ…光変調素子（圧電素子）、
２…積層圧電体、２1〜２n、５1〜５n、６1〜６n、５０1〜５０3…ピクセル、
３…鏡面（負極）、４…カラーフィルター、７ａ、７ｂ…列、８、３６…電極、
９ａ、４２ａ、５１…正極、９ｂ、４２ｂ…負極、１０…空間、
１１ａ、１１ｂ…外装、１２…開放部、１５…圧電体、１６…主体、
１７…活性部、１８…基板、２０…光変調装置、２１…光変調部、
２２…緑色レーザ光源、
２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２６ａ、２６ｂ、５６、５７…反射鏡、
２４…コントローラ、２５…青色光源、２７…赤色光源、２８…光誘導部、
２９…プロジェクションレンズ、３０…ポリゴンミラー（スキャナー）、
３０ａ…反射面、３１…スクリーン、３２…光吸収体、３３…白色光源、
３４…プリズム又は回折格子、３５…バイモルフ圧電素子、
３７…圧電体板、３８…ミラースキャナードライバー、
３９…コリメーションレンズ、４０ａ、４０ｂ…ダイクロックミラー、
４１…半田、４３、４６…銅箔、４４、４７…圧電構造体、４５…絶縁材、
５０…可動部、５０ａ…先端領域、５２…カッター、５３…固定部、
５５…光源、５８…ダイクロイックミラー、５９…ガルバノスキャナーミラー、
６０…投映レンズ、６１…受光素子（モニタ）、１３３…ミラー、
１３４…分割線、Ｌ…素子の長さ又は圧電構造体長、Ｌ1…出射光、
Ｌ2〜Ｌ5…反射光、Ｌw…光束、ｌ、ｌ1、ｌ2…間隙、Ｗ、Ｗ1、Ｗ2…素子幅
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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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２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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