光偏向装置、光偏向アレー、画像投影表示装置
【課題】透過光により発熱することなく、画素に応じて第１の偏光光又は第２の偏光光を目的の方向へ導くことができる光偏向装置を提供する。
【解決手段】基板と、基板の複数の端部にそれぞれ設けられ、各上部にストッパを有する複数の規制部材と、頂部を有して基板の上面に設けられる支点部材と、光反射領域を有し、かつ固定端を持たず、かつ少なくとも一部に導電性を有する部材からなる導電体層を有し、かつ基板と支点部材とストッパの間の空間内で可動的に配置される板状部材と、基板上にそれぞれ設けられ、板状部材の導電体層とほぼ対向している複数の電極と、を備えており、板状部材が支点部材を中心として静電引力により傾斜変位することにより、光反射領域に入射する光が反射方向を変えて光偏向する光偏向装置において、ストッパ上に直接又はストッパ上部に立体的に接続して偏光素子を具備し、偏光素子がワイヤグリッド型偏光素子であることを特徴とする。
【解決手段】基板と、基板の複数の端部にそれぞれ設けられ、各上部にストッパを有する複数の規制部材と、頂部を有して基板の上面に設けられる支点部材と、光反射領域を有し、かつ固定端を持たず、かつ少なくとも一部に導電性を有する部材からなる導電体層を有し、かつ基板と支点部材とストッパの間の空間内で可動的に配置される板状部材と、基板上にそれぞれ設けられ、板状部材の導電体層とほぼ対向している複数の電極と、を備えており、板状部材が支点部材を中心として静電引力により傾斜変位することにより、光反射領域に入射する光が反射方向を変えて光偏向する光偏向装置において、ストッパ上に直接又はストッパ上部に立体的に接続して偏光素子を具備し、偏光素子がワイヤグリッド型偏光素子であることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入射光に対する出射光の方向を変える光偏向装置、光偏向アレー、画像投影表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
始めに、本明細書において頻繁に用いられる「光偏向」と「偏光」という用語について、以下のように定義することとする。「光偏向」は、光の向きを変えることを意味し、具体的には、光偏向装置を構成する板状部材などのミラーが傾斜方向を変えたことにより反射光の向きが変わることなどが該当する。一方、「偏光」は、光を電磁波として捉えたときの波としての性質の変化を意味し、例えば振動方向がランダムな状態である自然光に対し、特定方向に振動が偏った光を意味する。具体的には、ワイヤグリッド型偏光素子により、振動方向がワイヤと平行な光が反射され、ワイヤと垂直な光が透過されるなどが該当する。
【０００３】
一般に、投影プロジェクタやデジタルシアターシステム、リアプロジェクションテレビ等の画像投影表示装置に用いられる表示デバイス（本発明における光偏向装置に相当する）としては、透過型液晶デバイスや反射型液晶デバイス、デジタルマイクロミラーデバイスがあり、その光利用効率の高さや開口率の大きさから、テキサスインスツルメンツのデジタルマイクロミラーデバイス（一般的にＤＭＤと呼ばれている）を用いたプロジェクタが市場で広く使われている。このＤＭＤは、捻り梁上部に反射ミラーを有する光スイッチの２次元アレーであり、このＤＭＤを用いたプロジェクタの光学システムでは、テキサスインスツルメンツで発明されたデジタルライトプロセッシング方式（一般的にＤＬＰ方式と呼ばれている）が採用されている。このＤＬＰ方式には、ＤＭＤを１個用いる単板式と、ＤＭＤを３個用いる３板式があり、この単板式の光学システムについては、公知文献である、「A MEMS-Based Projction Display」PROCEEDINGS OF THE IEEE. VOL.８６,NO.８,AUGUST １９９８ ,page １６８７-１７０４において、L. J. Hornbeckらが紹介している。又、３板式の光学システムについては、公知文献である、「Using ZEMAX Image Analysis and user-defined surfaces for projection lens design and evaluation for Digital Light ProcessingTM projection systems」 Optical Engineering, Vol. ３９ No. ７, July ２０００, page １８０２-１８０７に紹介されている。
【０００４】
上記いくつかの方式があるプロジェクタであるが、近年、それらのプロジェクタを応用した立体画像を投影表示するプロジェクタやデジタルシアターシステムが製品化されている。立体画像を投影表示するシステムとしては、主に、時分割式ＤＬＰプロジェクタと液晶シャッタメガネを用いる時分割方式と、ＤＬＰ方式に限らず液晶方式を含めたプロジェクタ２台と偏光メガネを用いる偏光方式とがある。特許文献１（特開平１０−１５３７５５号公報）において、従来例として両方式が開示されており、時分割方式は、左右の眼に独立した液晶シャッタを設けたメガネを装着し、スクリーン上に時分割式に右目用の画像と左目用の画像を交互に表示し、シャッタ制御装置に画像タイミングに合わせて右目と左目のシャッタを作動し、右目には、右目用の画像を、左目には左目用の画像を見ることができるようにしたものであり、偏光方式は、右目用の画像と左目用の画像を投影する２台のプロジェクタを用い、それぞれの投射光を偏光フィルタにより一方のプロジェクタは横方向、もう一方のプロジェクタは縦方向に偏光してスクリ−ンに投影し、これを右目は縦方向、左目は横方向の偏光メガネで、右目には右目用の画像を、左目には左目用の画像を見ることができるようにしたものである。
【０００５】
しかしながら、時分割方式の場合は、シャッタ制御装置にて画像タイミングに合わせて眼鏡の右目と左目の液晶シャッタを作動するため接続コ−ドが必要で煩わしく、かつ接続コードが無い液晶シャッタを設けたメガネは高価で、このために多人数で立体画像を同時に楽しむことは困難であった。又、偏光方式の場合は、右目用の画像と左目用の画像を投影する２台のプロジェクタが必要で価格を低く抑えることが出来ない、かつ２台のプロジェクタの投影画像を一致しないといけないので調整が難しくだれでも設定ができるほど手軽ではない等の問題点があった。
【０００６】
そこで、安価な偏光メガネを用いることができ、かつ１台のプロジェクタにて立体画像を投影表示できる装置として、ホログラフィック偏光ビームスプリッタによって光源から放射された光をＳ波とＰ波に分離し、分離されたＳ波とＰ波をＤＭＤのそれぞれ異なる画素に導いて、Ｓ波によって構成される画像と、Ｐ波によって構成される画像とを同時に投影するように構成した立体画像投影表示装置が、特許文献２（特許第２９９９９５３号公報）に開示されている。又、回転する偏光カラーホイールを用いることにより、相互に直交する偏光ベクトルを備えた直線偏光をＲＧＢの各色毎に時分割でＤＭＤに導くように構成し、このＤＭＤを偏光カラーホイールの時分割動作と連動させて制御することで、偏光メガネによって立体的な表示を視認できるように構成した立体画像表示装置が、上記特許文献１に開示されている。
【０００７】
しかしながら、ホログラフィック偏光ビームスプリッタを用いる装置では、ＤＭＤが単板式で済みかつ駆動周波数も比較的低くて済むといった利点があるものの、ホログラフィック偏光ビームスプリッタによる偏光の出射方向をＤＭＤの各画素に正確に対応させる必要があるために厳密な光学調整が必要になるとともに、このようなホログラフィック偏光ビームスプリッタは非常に高価であるため装置の価格を安価にすることができないという問題点があった。さらに、カラー化を図る場合にはホログラムの特性により異なる色相の光を同等に導くことはできないことから、ホログラフィック偏光ビームスリッタにＲＧＢの各色に対応する画素構造を設ける必要があり、これによりさらに製造コストが増大するという問題点があった。一方、偏光カラーホイールを用いる装置では、カラーホイールに偏光選択機能を持たせ、ＤＭＤを光の色別及び偏光別に時分割駆動させる必要があるため、駆動周波数が高くなってしまうという問題点があった。また、偏光カラーホイールを回転させながら光を透過させる必要があるために、カラー偏光フィルタの偏光軸が偏光カラーホイールの回転に伴って傾動するので直線偏光の偏光軸が一定にならず振れてしまうため、立体画像を見るときに左右の視差画像が相互に混ざって視認されるといった２重映りを生ずる恐れがあった。
【０００８】
そこで、上記問題点に鑑み、単板式のＤＭＤを使って、かつホログラフィック偏光ビームスプリッタや偏光カラーホイールを使わずに１台のプロジェクタにて立体画像を投影表示する装置が、特許文献３（特開２００６−５８３３９号公報）に開示されている。特許文献３においては、表示デバイスであるＤＭＤの画素に相当する個々のミラーを、第１の偏光が可能なミラー又は第２の偏光が可能なミラーで構成し、第１の偏光が可能なミラーと第２の偏光が可能なミラーをストライプライン状に交互に、又は縦横の隣接位置に交互に配置していることを特徴としている。特許文献３の立体画像投影表示装置は、光源からの光を、無偏光のカラーホイールを通過させて時系列的に各色に分割し、それを表示デバイスである単板のＤＭＤに時間順次に入射させる。ＤＭＤは立体画素情報に応じて第１の偏光光と第２の偏光光を投影レンズに向けて反射させることが出来、投影レンズを通してスクリーン上に第１の偏光による画像と第２の偏光による画像を同時に表示することが出来る。左右の眼に対応する部分に異なる偏光フィルタを取り付けた偏光メガネを用いてこの画像を鑑賞すると、特に視差画像を構成する第１の偏光光による画像と第２の偏光光による画像の場合は、立体画像として視ることが出来る。
【０００９】
上記特許文献３の立体画像投影表示装置は、特許文献２の発明と異なり、表示デバイスの手前で偏光分離を行う必要がないので、偏光の投射位置の調整などが不要になり、装置の調整作業が容易になる。また、第１の偏光光による画像と第２の偏光光による画像とを時分割で投射する必要もないので、ＤＭＤの駆動周波数を低減することができる。さらに、単板式のＤＭＤで第１の偏光光による画像と第２の偏光光による画像を同時に形成できるので、小型・軽量化を図ることができる等の利点がある。
【００１０】
しかしながら、上記特許文献３においては、無偏光な入射光がＤＭＤを構成する個々のミラーに入射し、個々のミラー部に構成されたワイヤグリッド等の偏光機能により、ある振動方向を有する光が反射され、他の振動方向の光は透過することとなる。この反射光は、表示デバイスであるＤＭＤの各素子のスイッチ動作（本発明でいうところの光偏向動作）により反射方向を変えて画像の投影表示に使われるが、透過光はグリッドを通過しミラー下で散乱しコントラストの低下や画質の低下となるため、偏光機能の下に黒色の樹脂層などの光吸収層や無反射多層膜を構成してミラー部で吸収させることが必要となる。概して記すと、光源からの照明光の半分がＤＭＤのミラーアレーで吸収されるため、その発熱は甚大であり、強力なファンなどによる急冷機構が必要となり、小型で安価な立体画像投影表示装置を構成することは困難となる。又、ミラーを構成する光吸収層や無反射多層膜の劣化は激しく、長時間の鑑賞が困難であり、画像投影表示装置の長期間使用も困難となる。さらに、ミラー部にワイヤグリッドを構成するため、その金属ワイヤの配列に依存してワイヤの応力によりミラーが反りすなわち平滑でなくなり、表示された画像の画素の分離が均一でなく、画質が低下する問題点がある。さらに、光吸収層として黒色の樹脂層を用いた場合は数μmの膜厚が必要であり、ミラーの±２０°程度の傾斜を考えると隣接するミラーがぶつからないように画素と画素の間隔を広げる必要があり、微細なミラーを狭ピッチで集積することが困難である。又、光吸収層として無反射多層膜を用いた場合は、その膜応力分布の制御が困難でやはり平滑なミラーが得られず、画質の低下を招く恐れがある。さらに、ミラーとして上記構成をとる場合、ミラー部の重量が大きくなり、ミラーを固定している支持部又はミラーを支えているヒンジへの負荷が大きく、連続使用による支持部又はヒンジの破壊が起きやすいため、頻繁に表示デバイスを交換する必要がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
以下に、特許文献４（特許第４３０７８１３号公報）を参照して、本発明者らが先に発明した光偏向方法及び光偏向装置及びその製造方法及びその応用製品を説明する。特許文献４を従来例とすると、従来例の光偏向装置は、固定部を持たない板状部材すなわちミラーを空間に閉じ込めて静電引力により支点部位を中心に傾斜変位させ光偏向することを特徴としており、この特許文献４の中で１軸又は２軸方向に光偏向する光偏向装置が開示されている。特許文献４において、ミラーである板状部材に接触電位を付与する場合と電気的に浮いている場合の、それぞれの構造の光偏向装置及び光偏向方法（すなわち駆動方法）が開示されている。
【００１２】
以下に、その代表的な構造及び駆動方法を記載する。図９に、特許文献４に開示した光偏向装置の例を模式的に図示した。この光偏向装置は、ミラーである板状部材に接触電位を付与する場合の光偏向装置であり、２軸４方向に光偏向する構造を有している。図９（a）は光偏向装置の上面図であり、図９（b）はA-A'線上の断面図、図９（c）はB-B'線上の断面図、図９（d）はC-C'線上の断面図である。なお図９においては、光偏向装置が複数２次元に配置された光偏向アレーの一つの光偏向装置として抽出して記載してある。図９において、基板１０１と、複数の規制部材１０２と、支点部材１０３と、板状部材１０４と、複数の電極１０５a、１０５b、１０５c、１０５dを有している。複数の規制部材１０２はそれぞれ上部にストッパを有し、基板１０１の複数の端部にそれぞれ設けられている。支点部材１０３は導電性を有する部材で構成される頂部を有して基板１０１の上面に設けられている。板状部材１０４は固定端を持たず、上面に光反射領域を有し、少なくとも一部に導電性を有する部材からなる導電体層を有し、裏面の少なくとも頂部と接する接触点が導電性を有する部材からなり、基板１０１と支点部材１０３とストッパの間の空間内で可動的に配置され、板状部材の電位を前記支点部材との接触により付与している。複数の電極１０５a、１０５b、１０５c、１０５dは基板上にそれぞれ設けられ、板状部材１０４の導電体層とほぼ対向している構成を有している。１０６は板状部材１０４が傾斜変位により基板１０１と接触する時に接触面積を低減する目的で配置された接触部位であり、特許文献４には開示されていない。１０６の接触部位に関しては特許文献５（特開２００５−２０２２５７号公報）に詳細が記載されている。
【００１３】
上記光偏向装置は、電極１０５a、１０５b、１０５c、１０５d及び支点部材１０３に印加される電位の組み合わせにより、図９（c）、図９（d）に記載のように方向１〜方向４へ傾斜変位し、それに応じて例えば基板面と垂直方向から入射した入射光を方向１〜方向４の４方向へ反射させることが出来る。又、逆に最大同４方向から入射した入射光を基板と垂直方向へ反射させることが出来る。図１０に、特許文献４に開示されている電圧印加の組み合わせと板状部材の傾斜方向の関係を表としてまとめて記載する。図１０に記載したように、X（V）と０（V）の２種類の電位を計５電極に組合せることにより、上記４方向への光偏向が可能であるが、詳細な説明は特許文献４を参照されたい。
【００１４】
上記従来例の光偏向装置は、以下の利点を有している。すなわち、
・支点部材と基板と板状部材の接触で傾斜角が決定されるので、ミラーの偏向角の制御が容易かつ安定である。
・支点部材を中心として対向する電極に異なる電位を印加することにより高速に薄膜の板状部材を反転するので、応答速度が速くできる。
・板状部材が固定端を有していないので捻り変形などの変形を伴わず長期的な劣化が少なく低電圧で駆動できる。
・半導体プロセスにより微細で軽量な板状部材を形成できるので、ストッパとの衝突による衝撃が少なく、長期的な劣化が少ない。
・規制部材や板状部材や光反射領域の構成を任意に決めることにより、反射光のON/OFF比（画像機器におけるS/N比、映像機器におけるコントラスト比）を向上できる。
・半導体プロセス及び装置を使用できるので、低コストにて微細化と集積化が可能である。
・支点部材を中心として複数の電極を配置することにより、１軸２次元の光偏向及び２軸３次元の光偏向が可能である。
【００１５】
次に、特許文献６（特開２００５−２０２２５７号公報）に開示されている従来例の光偏向装置のもう一つの形態を図１１に記載する。図１１（a）は従来例の光偏向装置のもう一つの形態の上面図であり、図１１（b）はD-D'線上の断面図である。図１１においては、光偏向装置が複数２次元に配置された光偏向アレーの一つの光偏向装置として抽出して記載してある。図１１において、基板１０１と、複数の規制部材１０２と、支点部材１０３と、板状部材１０４と、複数の電極１０５a、１０５bを有している。複数の規制部材１０２はそれぞれ上部にストッパを有し、基板１０１の複数の端部にそれぞれ設けられている。支点部材１０３は導電性を有する部材で構成される頂部を有して基板１０１の上面に設けられている。板状部材１０４は固定端を持たず、上面に光反射領域を有し、少なくとも一部に導電性を有する部材からなる導電体層を有し、裏面の少なくとも頂部と接する接触点が導電性を有する部材からなり、基板１０１と支点部材１０３とストッパの間の空間内で可動的に配置され、板状部材の電位を支点部材との接触により付与している。複数の電極１０５a、１０５bは基板上にそれぞれ設けられ、板状部材１０４の導電体層とほぼ対向している構成を有している。特に図１１の光偏向装置は、支点部材１０３が尾根状の頂部を有し、光偏向方向を方向１及び方向２に限定する１軸２次元の光偏向動作する光偏向装置である。なお図１１（b）のD-D'断面図において、規制部材１０２上に構成されたストッパは分割された規制部材間にブリッジする形で配置されている。又、図９の従来例で記載した接触部位１０６は記載を省略しているだけで、実際には図９と同様に構成されている。
上記光偏向装置は、電極１０５a、１０５b及び支点部材１０３に印加される電位の組み合わせにより、方向１及び方向２へ傾斜変位し、それに応じて例えば基板面と垂直方向から入射した入射光を方向１及び方向２へ反射させることが出来る。
【００１６】
次に、図１１に記載した光偏向装置を複数２次元アレー状に配置した光偏向アレーの従来例について、図１２を用いて説明する。図１２（a）は従来の光偏向アレーの上面図であり、図１２（b）はD−D'断面図である。図１２（a）において、従来の光偏向装置がm行n列配置されており、個々の光偏向装置は画像情報に応じて個別に供給される駆動信号に応じて光偏向動作する。このとき、光偏向装置はその特徴により低電圧駆動が可能となので、供給される駆動信号も低電圧な電圧を用いることが出来る。駆動信号は光偏向装置直下に構成された半導体メモリ回路に記憶され、全光偏向装置を同時に光偏向動作させる。光偏向アレーの駆動方法や半導体メモリ回路の構成に関しては、特許文献７（特開２００６−１３３３９４号公報）を参照されたい。
【００１７】
次に、上記従来の光偏向アレーを用いた画像投影表示装置の従来例を、図１３に記載する。図１３において、１２０１はハロゲンランプやキセノンランプなどの白色光源である。１２０２は光源光の整形のためのロッドレンズである。１１０３が少なくとも３原色のカラーフィルターを有するカラーホイールであり、１１０４が従来の光偏向アレーである。１１０５は光偏向アレーを構成する個々の光偏向装置の光偏向方向を制御する制御チップである。１１０７は投影レンズであり、１１０６は光吸収板である。この従来の光偏向装置は、１軸２次元の光偏向動作を行う光偏向装置であり、１方向から入射した入射光を目的の方向（ON方向）と目的以外の方向（OFF方向）へ色情報に応じて光偏向する。この光学システムを簡単に説明すると、白色光源１２０１からの白色光がロッドレンズ１２０２を通過して整形され、カラーホイール１１０３に入射する。カラーホイールを通過する光源光は時間順次に赤青緑の色を有する光Lとなる。光Lが光偏向アレー１１０４を照明する。光偏向アレー１１０４を構成する個々の光偏向装置は、画像情報すなわち色情報に応じて光偏向動作を行い、目的方向、例えばアレー面と垂直方向に反射光Lonを反射させ、投影レンズ１１０７に導く。投影レンズを通過してスクリーン１３０２上に色情報が投影表示される。時間順次に投影される色情報は観察者の目の残像現象により色合成され、多彩な色を有する画像となる。目的以外の方向へ反射された光Loffは光吸収板で吸収される。
【００１８】
上記従来例の光偏向装置では、固定部を持たない板状部材１０４をミラーとして用いることにより上記多くの利点を有しており、光偏向装置を用いた光偏向アレーや画像投影表示装置もそれにより多くの利点を有している。しかし一方で、光偏向装置の板状部材１０４に入射する光は無偏光光又は光偏向装置以前に偏光された単一の偏光光であり、かつ光偏向装置に偏光素子を具備していないので、板状部材からの反射光も無偏光光又は単一の偏光光である。そのため、特許文献１に開示されている偏光カラーホイールや特許文献２に開示されているホログラフィック偏光ビームスプリッタを具備しなければ、１台のプロジェクタ（本発明における画像投影表示装置）で安価な偏光メガネを使って、立体画像の投影表示と鑑賞をすることは出来ない。
【００１９】
本発明は、特許文献１〜６にみられる問題点を解決するものであり、特許文献３でみられる透過光により発熱することなく、画素に応じて第１の偏光光又は第２の偏光光を目的の方向へ導くことができる光偏向装置を提供することにある。また、その光偏向装置で画素を構成することで、１個の光偏向アレーで第１の偏光光による画像と第２の偏光光による画像を１個の投影レンズに導くことができる光偏向アレーを提供することにある。また、その光偏向アレーを表示デバイスとすることで、小型でかつ安価であり、高精細な立体画像を１台の画像投影表示装置で表示でき、かつ安価な偏光メガネを用いることのできる画像投影表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
かかる目的を達成するために、本発明の光偏向装置は、基板と、複数の規制部材と、支点部材と、板状部材と、複数の電極とを有しており、複数の規制部材はそれぞれ上部にストッパを有し、基板の複数の端部にそれぞれ設けられており、支点部材は頂部を有して基板の上面に設けられており、板状部材は光反射領域を有し、かつ固定端を持たず、かつ少なくとも一部に導電性を有する部材からなる導電体層を有し、かつ基板と支点部材とストッパの間の空間内で可動的に配置されており、複数の電極は基板上にそれぞれ設けられ、板状部材の導電体層とほぼ対向している構成を有しており、板状部材が支点部材を中心として静電引力により傾斜変位することにより、光反射領域に入射する光が反射方向を変えて光偏向する光偏向装置において、ストッパ上に直接又はストッパ上部に立体的に接続して偏光素子を具備し、かつ偏光素子がワイヤグリッド型偏光素子であることを特徴とする。
【００２１】
本発明の光偏光装置において、ワイヤグリッド型偏光素子は、帯状の金属層を複数平行に配列させたグリッド構造を有しており、グリッド構造により、入射光において、電磁波としての振動方向が帯の伸長方向と平行な光は反射し、入射光の電磁波としての振動方向が帯の伸長方向と垂直な光は透過することを特徴とする。
【００２２】
本発明の光偏光装置において、帯状の金属層の幅は、入射光の波長に依存して良好に偏光ができる幅で決定され、入射光が３００〜８００nmの可視光の場合は１００nm以下とすることを特徴とする。
【００２３】
本発明の光偏光装置において、ストッパは、光偏向装置全面をほぼ覆う形で平板状に構成されており、光偏向装置の角部には開口部が形成されており、開口部は、板状部材の上下面に構成されていた犠牲層をエッチング除去するときのエッチング種を導入するための窓として機能することを特徴とする。
【００２４】
本発明の光偏光装置において、ストッパは、ブリッジ状に構成されており、ストッパには柱状の接続ポストを介して透明平板が接続されており、透明平板は、光偏向装置全面をほぼ覆う形で平板状に構成されており、光偏向装置の角部には開口部が形成されており、開口部は、板状部材の上下面及びストッパ上部に構成されていた犠牲層をエッチング除去するときのエッチング種を導入するための窓として機能することを特徴とする。
【００２５】
本発明の光偏光アレーは、本発明の光偏向装置を複数１次元又は２次元アレー状に配置した光偏向アレーであり、かつ、第１の偏光が可能なワイヤグリッド型偏光素子を具備する光偏向装置と、第２の偏光が可能なワイヤグリッド型偏光素子を具備する光偏向装置とが交互に配置されていることを特徴とする。
【００２６】
本発明の画像投影表示装置は、本発明の光偏向アレーを有し、かつ、少なくとも光偏向アレーを照明する光源及び光偏向アレーからの反射光を投影する投影レンズを有し、光偏向アレーからの反射光による第１の偏光光から成る画像と第２の偏光光から成る画像を同時に単一の投影レンズに導き、スクリーン上に投影表示させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、透過光により発熱することなく、画素に応じて第１の偏光光又は第２の偏光光を目的の方向へ導くことができる光偏向装置を提供できる。また、その光偏向装置で画素を構成することで、１個の光偏向アレーで第１の偏光光による画像と第２の偏光光による画像を１個の投影レンズに導くことができる光偏向アレーを提供できる。また、その光偏向アレーを表示デバイスとすることで、小型でかつ安価であり、高精細な立体画像を１台の画像投影表示装置で表示でき、かつ安価な偏光メガネを用いることのできる画像投影表示装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施形態１に係る光偏向装置の構成例を示す図である。
【図２】本発明の実施形態１に係る光偏向装置のワイヤグリッド型偏光素子の例を示す模式図である。
【図３】本発明の実施形態１に係る光偏向装置の製造方法の各工程を説明する図である。
【図４】本発明の実施形態２に係る光偏向装置の構成例を示す図である。
【図５】本発明の実施形態２に係る光偏向装置の製造方法の各工程を説明する図である。
【図６】本発明の実施形態３に係る光偏向アレーの構成例を示す図である。
【図７】本発明の実施形態４に係る光偏向アレーの構成例を示す図である。
【図８】本発明の実施形態５に係る画像投影表示装置の構成例を示す斜視図である。
【図９】特許文献４に開示されている光偏向装置の例を模式的に示す図である。
【図１０】特許文献４に開示されている電圧印加の組み合わせと板状部材の傾斜方向の関係を示す表である。
【図１１】特許文献６に開示されている光偏向装置の例を示す図である。
【図１２】図１１に示す光偏向装置を複数２次元アレー状に配置した光偏向アレーの例を示す図である。
【図１３】従来の光偏向アレーを用いた画像投影表示装置の構成を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下に、本発明の一実施形態としての光偏向装置（実施形態１，２）、光偏向アレー（実施形態３，４）、画像投影表示装置（実施形態５）についてそれぞれ説明する。
【００３０】
まず、本発明の一実施形態の光偏向装置について説明する。本発明の一実施形態の光偏向装置を構成する板状部材は、電気的に浮いている場合と、支点部材を経由して接触的に電位を付与する場合と、どちらであっても構わない。又、１軸２次元の光偏向動作する光偏向装置、及び２軸３次元の光偏向動作する光偏向装置どちらであっても構わないが、以下の説明においては、便宜上、支点部材を経由して接触的に電位を付与する場合の１軸２次元の光偏向動作する光偏向装置にて説明する。
【００３１】
本発明の一実施形態の光偏向装置は、基板と、複数の規制部材と、支点部材と、板状部材と、複数の電極を有している。複数の規制部材は、それぞれ上部にストッパを有し、基板の複数の端部にそれぞれ設けられている。支点部材は、頂部を有し、基板の上面に設けられている。板状部材は、光反射領域を有し、かつ固定端を持たず、かつ少なくとも一部に導電性を有する部材からなる導電体層を有し、かつ基板と支点部材とストッパの間の空間内で可動的に配置されている。複数の電極は、基板上にそれぞれ設けられ、板状部材の導電体層とほぼ対向している構成を有している。本発明の一実施形態の光偏向装置は、このような構成において、板状部材が支点部材を中心として静電引力により傾斜変位することにより、光反射領域に入射する光が反射方向を変えて光偏向する光偏向装置であり、ストッパ上に直接又はストッパ上部に立体的に接続して偏光素子を具備し、かつ偏光素子がワイヤグリッド型偏光素子であることを特徴としている。以下、本発明の一実施形態の光偏向装置について、実施形態１及び２を用いてそれぞれ順に説明する。
【００３２】
〔実施形態１〕
図１に本発明の実施形態１を示す。図１（a）は、本実施形態の光偏向装置の上面図であり、図１（b）は、理解を容易にするためにストッパ部材６０２とワイヤグリッド型偏光素子６０１を除いた本実施形態の光偏向装置の上面図であり、図１（c）は、D-D'線上の断面図である。図１においても、光偏向装置が複数２次元に配置された光偏向アレーの一つの光偏向装置として抽出して記載してある。
【００３３】
図１において、本実施形態の光偏向装置は、基板１０１と、複数の規制部材１０２と、支点部材１０３と、板状部材１０４と、複数の電極１０５a、１０５bを有している。
【００３４】
複数の規制部材１０２は、基板１０１の複数の端部にそれぞれ設けられ、かつ上部にストッパ６０２を有している。
【００３５】
支点部材１０３は、導電性を有する部材で構成される頂部を有し、基板１０１の上面に設けられる。
【００３６】
板状部材１０４は、固定端を持たず、上面に光反射領域を有し、少なくとも一部に導電性を有する部材からなる導電体層を有している。また、板状部材１０４は、裏面の少なくとも上記頂部と接する接触点が導電性を有する部材からなり、基板１０１と支点部材１０３とストッパ６０２の間の空間内で可動的に配置され、板状部材１０４の電位を支点部材１０３との接触により付与している。
【００３７】
複数の電極１０５a、１０５bは、基板１０１上にそれぞれ設けられ、板状部材１０４の導電体層とほぼ対向している構成を有している。又、図１１の従来例と同様に、図１の光偏向装置も、支点部材１０３が尾根状の頂部を有している。さらに本実施形態においては、板状部材１０４の一辺長と支点部材１０３の高さを設計し、板状部材１０４が支点部材１０３を中心に最大で±１５度の傾斜変位が可能な構造としている。なお、規制部材１０２は中空構造であっても良い。
【００３８】
又、図１において、図９の従来例で記載した接触部位１０６は記載を省略しているだけで、実際には図９と同様に構成されている。本実施形態において、図１１の従来例と異なり、ストッパ６０２は、後述する実施形態２のようにブリッジ状に構成されているのではなく、光偏向装置全面をほぼ覆う形で平板状に構成され、光偏向装置の角部に開口部６０３を有している。開口部６０３は板状部材１０４上下面に構成されていた犠牲層をエッチング除去するときのエッチング種を導入するための窓である。
【００３９】
平板状に構成されたストッパ６０２上には、本実施形態の特徴であるワイヤグリッド型偏光素子６０１が構成されている。ワイヤグリッド型偏光素子６０１は、帯状の金属層（すなわちワイヤ）を複数平行に配列させたグリッド構造を有している。このグリッド構造により、入射光において、電磁波としての振動方向が帯の伸長方向と平行な光は反射し、入射光の電磁波としての振動方向が帯の伸長方向と垂直な光は透過する。この帯状の金属層の幅は、入射光の波長に依存して良好に偏光ができる幅で決まり、入射光が３００〜８００nmの可視光の場合は１００nm以下が望ましい。又、その場合の金属層間のピッチは２００nm以下が望ましい。なお、ワイヤグリッド型偏光素子における偏光について、図２に簡単に模式化して示した。７０１は透明な基材であり、７０２が帯状の金属層でありグリッド状に構成されている。ワイヤグリッド型偏光素子に対しグリッド状に構成された金属層７０２の上方より、ある角度で無偏光な光７０３が入射すると、帯状の金属層の伸長方向と平行な振動方向を有する光７０４は反射される。一方、帯状の金属層の伸長方向と垂直な振動方向を有する光７０５は基材７０１を透過する。上記ワイヤグリッド型偏向素子が、図１に示す本実施形態の光偏向装置に具備されているので、偏光された入射光をミラーである板状部材に入射させることが出来る。
【００４０】
具体的にその過程を記載し、本実施形態の効果を明らかにする。図１（c）において、無偏光な入射光７０３が光偏向装置上方より入射する。すると、ワイヤグリッド型偏光素子６０１が構成されたストッパ６０２において、帯状の金属層の伸長方向と平行な偏光光７０４は反射し、不要光として処理される（具体的には画像投影表示装置内に設置された光吸収板に吸収される）。一方、帯状の金属層の伸長方向と垂直な偏光光７０５は、透明なストッパ６０２を透過して、板状部材１０４に入射する。光反射領域が構成されている板状部材１０４がその表面を方向２に向けて傾斜すると、光偏向装置基板面と法線方向に偏光光７０５が反射される。この反射光が図中のＯＮ光である。逆に、光反射領域が構成されている板状部材１０４がその表面を方向１に向けて傾斜すると、偏光光７０５はＯＮ光から大きく傾斜した方向である図中ＯＦＦ方向に反射される。このＯＦＦ光は上記帯状の金属層の伸長方向と平行な偏光光７０４と同様に不要光として処理される。なお、板状部材を目的の方向に傾斜させる駆動方法などは従来例と同じである。又、本実施形態において、板状部材１０４の傾斜方向（方向１及び方向２）と帯状の金属層の伸長方向との相対的な位置関係、すなわち、帯状の金属層の伸長方向と板状部材１０４の傾斜方向（方向１及び方向２）が垂直であるなど、は特に規定されるものではない。
【００４１】
本実施形態では、上述した構成とすることにより、帯状の金属層と平行な入射光をワイヤグリッド型偏光素子で反射させ、帯状の金属層と垂直な入射光のみを板状部材に入射させることができる。これにより、特許文献１や特許文献２に開示されているような光源光の偏光を、ホログラフィック偏光ビームスプリッタや偏光カラーホイールなどを具備することなくミラーである板状部材に入射する直前で行うことが出来、かつ特許文献２にみられるような位置調整を行うことなく、かつ光偏向装置ごとに任意に行うことが出来る。さらに、入射光は光偏向装置内で吸収されずに不要光として反射されるかＯＮ方向（投影レンズに導かれる画像表示のための目的の方向）又はＯＦＦ方向に反射されるので、特許文献３にみられるような発熱によるミラー品質の劣化もなくすことが出来る。
【００４２】
次に、本実施形態の光偏向装置の製造方法について、図３を用いて説明する。なお、図３の説明で省略している工程に関しては、特許文献４（特許第４３０７８１３号公報）に開示されている前述の従来例と同様である。また、図３は、本実施形態の光偏向装置のD−D‘断面図（図１（c））を示している。
【００４３】
図３（a）において、基板１０１上に支点部材１０３、複数の電極１０５a,１０５bが構成されている。又、図３（a）において、図９の従来例で記載した接触部位１０６は記載を省略しているだけで、実際には図９と同様に構成されている。
【００４４】
次に、図３（b）において、基板１０１上に第一の犠牲層８０１、板状部材１０４、第二の犠牲層８０２が順次構成される。第一の犠牲層８０１と第二の犠牲層８０２は、本実施形態においてはノボラック系樹脂がスピンコート法により形成され、熱処理などにより平坦化されている。板状部材１０４は、スパッタリング法等により高反射膜としてアルミニウム系金属膜、高弾性率膜として窒化チタン膜が積層され、さらに画素に対応するようにパターン化されている。なお、本実施形態では犠牲層の膜種として有機膜を用いているが、シリコン膜やシリコン酸化膜であっても構わない。また、各膜の堆積方法は必ずしも限定されない。
【００４５】
次に、図３（c）において、第一の犠牲層８０１、第二の犠牲層８０２が同一フォトマスクを用いてパターン化される。このパターン化は、規制部材１０２を構成するための開口部８０３であり、酸素系ガスを用いたプラズマエッチングにより行われる。
【００４６】
次に、図３（d）において、シリコン酸化膜などの透明な絶縁膜を堆積する。
【００４７】
次に、図３（e）において、本実施形態の特徴であるワイヤグリッド型偏光素子６０１を構成するための金属膜を堆積しフォトマスクを用いてパターン化される。この金属膜としてはアルミニウム系金属膜を用いた。次に、図ではパターン化の様子が明確でないが、フォトマスクを用いて図３（d）において堆積したシリコン酸化膜をパターン化し、規制部材１０２とストッパ６０２が構成される。なお、前述のように、ストッパ６０２は、光偏向装置全面をほぼ覆う形で平板状に構成され、光偏向装置の角部に開口部６０３を有している。
【００４８】
最後に、図３（f）において、開口部６０３を通して酸素系ガスを用いたプラズマエッチングにより、板状部材１０４上下面に構成されていた犠牲層８０１と８０２をエッチング除去し、本実施形態の光偏向装置が完成する。
【００４９】
〔実施形態２〕
次に、本発明の実施形態２を図４に示す。図４（a）は実施形態の光偏向装置の上面図であり、図４（b）は、理解を容易にするために透明基材９０２とワイヤグリッド型偏光素子９０１を除いた本実施形態の光偏向装置の上面図であり、図４（c）はD-D'線上の断面図である。図４においても、光偏向装置が複数２次元に配置された光偏向アレーの一つの光偏向装置として抽出して記載してある。
【００５０】
図９において、基板１０１と、複数の規制部材１０２と、支点部材１０３と、板状部材１０４と、複数の電極１０５a、１０５bを有している。
【００５１】
複数の規制部材１０２は、基板１０１の複数の端部にそれぞれ設けられ、かつ上部にストッパ９０５を有している。
【００５２】
支点部材１０３は、導電性を有する部材で構成される頂部を有し、基板１０１の上面に設けられる。
【００５３】
板状部材１０４は、固定端を持たず、上面に光反射領域を有し、少なくとも一部に導電性を有する部材からなる導電体層を有している。また、板状部材１０４は、裏面の少なくとも上記頂部と接する接触点が導電性を有する部材からなり、基板１０１と支点部材１０３とストッパ９０５の間の空間内で可動的に配置され、板状部材１４の電位を支点部材１０３との接触により付与している。
【００５４】
複数の電極１０５a、１０５bは、基板１０１上にそれぞれ設けられ、板状部材１０４の導電体層とほぼ対向している構成を有している。又、図１１の従来例同様、図４の光偏向装置も、支点部材１０３が尾根状の頂部を有している。さらに本実施形態においては、板状部材１０４の一辺長と支点部材１０３の高さを設計し、板状部材１０４が支点部材１０３を中心に最大で±１５度の傾斜変位が可能な構造としている。なお、規制部材１０２は中空構造であっても良い。
【００５５】
又、図４において、図９の従来例で記載した接触部位１０６は記載を省略しているだけで、実際には図９と同様に構成されている。本実施形態において、図１１の従来例と同様、ストッパ９０５はブリッジ状に構成されている。さらに、ストッパ９０５に接続ポスト９０４を介して透明平板９０２が接続されている。透明平板９０２は、光偏向装置全面をほぼ覆う形で平板状に構成され、光偏向装置の角部に開口部９０３を有している。開口部９０３は、板状部材１０４上下面及びストッパ９０５上部に構成されていた犠牲層をエッチング除去するときのエッチング種を導入するための窓である。
【００５６】
平板状に構成された透明平板９０２上には、本実施形態の特徴であるワイヤグリッド型偏光素子９０１が構成されている。このワイヤグリッド型偏光素子９０１は、帯状の金属層（すなわちワイヤ）を複数平行に配列させたグリッド構造を有している。このグリッド構造により、入射光において、電磁波としての振動方向が帯の伸長方向と平行な光は反射し、入射光の電磁波としての振動方向が帯の伸長方向と垂直な光は透過する。この帯状の金属層の幅は、上記実施形態１と同様、入射光の波長に依存して良好に偏光ができる幅で決まり、入射光が３００〜８００nmの可視光の場合は１００nm以下が望ましい。本実施形態の光偏向装置においては、ストッパ９０５がブリッジ状に構成されているので、固定されていない板状部材１０４が製造過程又は光偏向動作中にストッパ９０５と接触する際の接触面積を実施形態１に比べて低減し、ミラーである板状部材１０４の固着による歩留の低下を抑制できる。
【００５７】
次に、本実施形態の光偏向装置の製造方法について、図５を用いて説明する。なお、図５の説明で省略している工程に関しては、特許文献４（特許第４３０７８１３号公報）に開示されている前述の従来例と同様である。また、図５は本実施形態の光偏向装置のD−D‘断面図（図４（c））を示している。
【００５８】
図５（a）において、実施形態１と同様、基板１０１上に支点部材１０３、複数の電極１０５a,１０５b、第一の犠牲層８０１と第二の犠牲層８０２、板状部材１０４が構成されており、規制部材１０２を構成するための開口８０３が形成されている。又、図５（a）において、図９の従来例で記載した接触部位１０６は記載を省略しているだけで、実際には図９と同様に構成されている。
【００５９】
次に、図５（b）において、プラズマＣＶＤ法によるシリコン酸化膜を堆積し、フォトマスクを用いてパターン化され、規制部材１０２及びストッパ９０５が構成される。
【００６０】
次に、図５（c）において、基板１０１上に第三の犠牲層１００１が構成され、フォトマスクを用いてパターン化されて接続ポスト９０４のための開口部１００２が形成される。第三の犠牲層１００１は、本実施形態においてはノボラック系樹脂がスピンコート法により形成され、熱処理などにより平坦化されている。このパターン化は、酸素系ガスを用いたプラズマエッチングにより行われる。なお、本実施形態では犠牲層の膜種として有機膜を用いているが、シリコン膜やシリコン酸化膜であっても構わない。また、各膜の堆積方法は必ずしも限定されない。
【００６１】
次に、図５（d）において、シリコン酸化膜などの透明な絶縁膜を堆積し、さらに本実施形態の特徴であるワイヤグリッド型偏光素子６０１を構成するための金属膜を堆積しフォトマスクを用いてパターン化される。この金属膜としてはアルミニウム系金属膜を用いた。次に、図ではパターン化の様子が明確でないが、フォトマスクを用いてシリコン酸化膜をパターン化し、接続ポスト９０４と透明平板９０２が構成される。なお、前述のように、透明平板９０２は、光偏向装置全面をほぼ覆う形で平板状に構成され、光偏向装置の角部に開口部９０３を有している。
【００６２】
最後に、図５（e）において、開口部９０３を通して酸素系ガスを用いたプラズマエッチングにより、板状部材１０４上下面に構成されていた犠牲層８０１と８０２及びストッパ上部に構成された第三の犠牲層１００１をエッチング除去し、本実施形態の光偏向装置が完成する。
【００６３】
次に、本発明の一実施形態の光偏向アレーについて説明する。本発明の一実施形態の光偏向アレーは、上述した本発明の一実施形態の光偏向装置を複数１次元又は２次元アレー状に配置した光偏向アレーであり、かつ第１の偏光が可能なワイヤグリッド型偏光素子を具備する光偏向装置と、第２の偏光が可能なワイヤグリッド型偏光素子を具備する光偏向装置とが交互に配置されていることを特徴とする。以下、本発明の一実施形態の光偏向アレーについて、実施形態３及び４を用いてそれぞれ順に説明する。
【００６４】
〔実施形態３〕
本実施形態の光偏向アレーの構成について、図６を用いて説明する。図６においては、例として、前述の実施形態１の光偏向装置を複数２次元アレー状に配置した光偏向アレーを記載した。図６（a）は、本実施形態の光偏向アレーの上面図であり、図６（ｂ）は、理解を容易にするためにストッパ部材６０２とワイヤグリッド型偏光素子６０１を除いた本実施形態の光偏向アレーの上面図であり、図６（c）は、１個の光偏向装置を抽出したD-D'線上の断面図である。
【００６５】
本実施形態３では、実施形態１の光偏向装置がm行n列配置されており、個々の光偏向装置は、個別に供給される駆動信号に応じて光偏向動作する。このとき、実施形態１の光偏向装置は、上述した従来例（図１２の構成）と同様の特徴により低電圧駆動が可能なので、供給される駆動信号も低電圧な電圧を用いることが出来る。この駆動信号は、光偏向装置直下に構成された半導体メモリ回路に記憶され、全光偏向装置を同時に光偏向動作させる。光偏向アレーの駆動方法や半導体メモリ回路の構成に関しては、特許文献７（特開２００６−１３３３９４号公報）を参照されたい。
【００６６】
本実施形態の光偏向アレーにおいて、第１の偏光が可能なワイヤグリッド型偏光素子を具備する光偏向装置１１０１と、第２の偏光が可能なワイヤグリッド型偏光素子を具備する光偏向装置１１０２とは交互に配置されており、特にストライプライン状に交互に配置されている。なお、第１の偏光が可能なワイヤグリッド型偏光素子と第２の偏光が可能なワイヤグリッド型偏光素子は、ともに帯状の金属層（すなわちワイヤ）が複数平行に配列させた前述の構造であるが、６０２のストッパ平面上でその伸長方向が互いに直交する配置となっており、それぞれの透過光７０５の偏光ベクトルが互いに直交する関係となっている。この構造を構成することにより、互いに異なる偏光状態にある透過光（相互に直交する偏光ベクトルを有する偏光光）を同時に生じさせることができ、互いに異なる偏光状態にある光偏向装置への入射光ひいては投影レンズに導かれるＯＮ光とすることができる。本実施形態の光偏向アレーにおいては、複数のライン状に配置された第１の偏光が可能なワイヤグリッド型偏光素子を具備する光偏向装置１１０１群による第１の画像と、複数のライン状に配置された第２の偏光が可能なワイヤグリッド型偏光素子を具備する光偏向装置１１０２群による第２の画像を同時に形成し、投影することが可能になる。
【００６７】
〔実施形態４〕
本実施形態の光偏向アレーについて、図７を用いて説明する。図７においては、例として、前述の実施形態１の光偏向装置を複数２次元アレー状に配置した光偏向アレーを記載した。図７（a）は、本実施形態の光偏向アレーの上面図であり、図７（ｂ）は、理解を容易にするためにストッパ部材６０２とワイヤグリッド型偏光素子６０１を除いた本実施形態の光偏向アレーの上面図であり、図７（c）は、１個の光偏向装置を抽出したD-D'線上の断面図である。
【００６８】
本実施形態４においても、上記実施形態３と同様に、実施形態１の光偏向装置がm行n列配置されており、個々の光偏向装置は、個別に供給される駆動信号に応じて光偏向動作する。このとき、実施形態１の光偏向装置は、上述した従来例（図１２の構成）と同様の特徴により低電圧駆動が可能なので、供給される駆動信号も低電圧な電圧を用いることが出来る。この駆動信号は、光偏向装置直下に構成された半導体メモリ回路に記憶され、全光偏向装置を同時に光偏向動作させる。やはり、光偏向アレーの駆動方法や半導体メモリ回路の構成に関しては、特許文献７（特開２００６−１３３３９４号公報）を参照されたい。
【００６９】
本実施形態の光偏向アレーにおいて、第１の偏光が可能なワイヤグリッド型偏光素子を具備する光偏向装置１１０１と第２の偏光が可能なワイヤグリッド型偏光素子を具備する光偏向装置１１０２は交互に配置されており、特に、縦横の隣接位置に交互に配置している。なお、第１の偏光が可能なワイヤグリッド型偏光素子と第２の偏光が可能なワイヤグリッド型偏光素子は、ともに帯状の金属層（すなわちワイヤ）が複数平行に配列させた前述の構造であるが、６０２のストッパ平面上でその伸長方向が互いに直交する配置となっており、それぞれの透過光７０５の偏光ベクトルが互いに直交する関係となっている。この構造を構成することにより、互いに異なる偏光状態にある透過光（相互に直交する偏光ベクトルを有する偏光光）を同時に生じさせることができ、互いに異なる偏光状態にある光偏向装置への入射光ひいては投影レンズに導かれるＯＮ光とすることができる。本実施形態の光偏向アレーにおいては、縦横に千鳥状に配置された第１の偏光が可能なワイヤグリッド型偏光素子を具備する光偏向装置１１０１群による第１の画像と、縦横に千鳥状に配置された第２の偏光が可能なワイヤグリッド型偏光素子を具備する光偏向装置１１０２群による第２の画像を同時に形成し、投影することが可能になる。
【００７０】
なお、実施形態３及び実施形態４の光偏向アレーにおいて、図６（b）及び図７（b）にみられるように、支点部材１０３は基板平面上、第１の偏光が可能なワイヤグリッド型偏光素子を具備する光偏向装置１１０１と第２の偏光が可能なワイヤグリッド型偏光素子を具備する光偏向装置１１０２によらず、同一方向に伸長した尾根形状の支点部材１０３で構成されている。すなわち、板状部材１０４の傾斜方向（方向１及び方向２）と、ワイヤグリッド型偏向素子の帯状の金属層の伸長方向との相対的な位置関係は、特に規定されるものではない。
【００７１】
次に、本発明の一実施形態の画像投影表示装置について説明する。本発明の一実施形態の画像投影表示装置は、本発明の一実施形態の光偏向アレーを有し、かつ少なくとも光偏向アレーを照明する光源及び光偏向アレーからの反射光を投影する投影レンズを有し、光偏向アレーからの反射光による第１の偏光光から成る画像と第２の偏光光から成る画像を同時に単一の投影レンズに導き、スクリーン上に投影表示させることを特徴としている。以下、本発明の一実施形態の画像投影表示装置について、実施形態５を用いて説明する。
【００７２】
〔実施形態５〕
本実施形態の画像投影表示装置を図８に示す。１３００は、本実施形態の画像投影表示装置である。１３０１は、ハロゲンランプやキセノンランプなどの白色光源である。１３０２は、光源光の整形のためのロッドレンズである。１３０３は、少なくとも３原色のカラーフィルターを有するカラーホイールである。１３０４は、上記本発明の一実施形態の光偏向アレーである。１３０５は、その光偏向アレーを構成する個々の光偏向装置の光偏向方向を制御する制御チップである。１３０６は、光吸収板である。１３０７は、投影レンズである。１３０８は、スクリーンである。
【００７３】
本実施形態の画像投影表示装置１３００に用いられる光偏向アレー１３０４は、例として、実施形態４に記載の光偏向アレーであるとする。この光偏向アレーを構成する光偏向装置は、ワイヤグリッド型偏光素子を具備する１軸２次元の光偏向動作を行う光偏向装置である。すなわち、１方向から入射した入射光は、ワイヤグリッド型偏光素子において、第１の偏光光（又は第２の偏光光）と反射光Lrに分離される。なお、反射光Lrは光吸収板１３０６に吸収されるように、光吸収板１３０６が配置されている。第１の偏光光又は第２の偏光光は、光偏向アレー１３０４を構成する個々の光偏向装置の板状部材１０４に向けて入射される。
【００７４】
本実施形態の画像投影表示装置の光学システムを簡単に説明すると、光源１３０１からの白色光がロッドレンズ１３０２を通過して整形され、カラーホイール１３０３に入射する。カラーホイールを通過する光源光は、時間順次に赤青緑の色を有する光Lとなる。該光Lが光偏向アレー１３０４を照明する。光Lは、ワイヤグリッド型偏光素子において不要な反射光Lrと第１の偏光光（又は第２の偏光光）に分離され、第１の偏光光及び第２の偏光光が板状部材１０４への入射光となる。光偏向アレー１３０４を構成する個々の光偏向装置は、第１の偏光光により形成される画像情報及び第２の偏光光により形成される画像情報に応じて、板状部材１０４が方向を変えることにより、入射光を目的の方向（ON方向）と目的以外の方向（OFF方向）へ光偏向する。目的方向、例えばアレー面と垂直方向に反射された反射光Lonは投影レンズ１３０７に導かれ、投影レンズを通過してスクリーン１３０８上に投影される。目的以外の方向へ反射された光Loffは、ワイヤグリッド型偏光素子における反射光同様に、光吸収板で吸収される。
【００７５】
以上のような構成とすることにより、光偏向アレー１３０４からの反射光による第１の偏光光から成る画像と第２の偏光光から成る画像を同時に単一の投影レンズ１３０７に導き、スクリーン１３０８上に時間順次に投影表示させることができる。例えば、左右の眼に対応する部分に異なる偏光フィルタを取り付けた偏光メガネを用いて画像を鑑賞すると、特に視差画像を構成する第１の偏光光から成る画像と第２の偏光光から成る画像の場合は、立体画像として視ることが出来る。なお、スクリーン１３０８としては、投影された偏光状態を維持して上記第１の偏光光から成る画像と第２の偏光光から成る画像を表示可能なスクリーンであることが好ましい。これにより、投影した偏光状態が維持され、当該偏光状態に応じた画像を視認できる。例えば、金属面反射スクリーン（金属面に微細な凹凸を形成したもの）を用いるなどがこれに当たる。
【００７６】
以上本発明の各実施形態について説明してきたが、以下に、本発明の各実施形態によって得られる効果について説明する。
【００７７】
本実施形態の光偏向装置においては、ストッパと同一部材で又はストッパ上部に接続してワイヤグリッド型の偏光素子を具備しているので、ワイヤと平行な入射光をワイヤグリッド型偏光素子で反射させ、ワイヤと垂直な入射光のみを板状部材に入射させることができるので、特許文献１や特許文献２に開示されているような光源光の偏光を、ミラーである板状部材に入射する直前で行うことが出来、かつ特許文献２にみられるような位置調整を行うことなく、かつ光偏向装置ごとに任意に行うことが出来る。さらに、入射光は光偏向装置内で吸収されずに不要光として反射されるかＯＮ方向（投影レンズに導かれる画像表示のための目的の方向）又はＯＦＦ方向に反射されるので、特許文献３にみられるような発熱によるミラー品質の劣化もなくすことが出来る。すなわち、本実施形態の光偏向装置においては、特許文献３でみられる透過光により発熱することなく、画素に応じて第１の偏光光又は第２の偏光光を投影レンズへ導くことができる。
【００７８】
本実施形態の光偏向アレーにおいては、第１の偏光光にて構成された反射光による画像と、第２の偏光光にて構成された反射光による画像を単一の光偏向アレーにて時間にずれなく同時に生成することができる。このため、第１の偏光光にて構成された反射光による画像と、第２の偏光光にて構成された反射光による画像は容易に１個の投影レンズに導くことができる。又、第１の偏光光による画像と第２の偏光光による画像を時系列的に投影する必要がないので、光偏向アレーの駆動周波数を低減することができる。すなわち、本実施形態の光偏向アレーにおいては、１個の光偏向アレーで第１の偏光光による画像と第２の偏光光による画像を同時に１個の投影レンズに導くことができる。
【００７９】
本実施形態の画像投影表示装置においては、偏光光のスクリーン投射位置の調整などが不要になり、装置の調整作業が容易になる。また、装置内に、別途偏光カラーホイールなどの偏光機構を設けることなく、１個の光偏向アレーと１個の投影レンズで第１の偏光光による画像と第２の偏光光による画像を同時に投影表示できるので、小型で軽量かつ安価な立体画像投影表示装置を提供することができる。すなわち、本実施形態の画像投影表示装置においては、偏向カラーホイールやホログラフィック偏光ビームスプリッタ等の偏向機構を別途設ける必要なく、１個の投影レンズで立体画像を投影表示できるので、安価な偏向メガネを用いた、小型でかつ安価な立体画像の画像投影表示装置を提供できる。
【００８０】
なお、本発明は、上記各実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の変形が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００８１】
本発明は、投影プロジェクタやデジタルシアターシステム、リアプロジェクションテレビ等の画像投影表示装置に関し、特に偏光メガネを用いて立体画像を投影表示させる立体画像投影表示装置に適用できる。
【符号の説明】
【００８２】
１０１ 基板
１０２、５０１ 規制部材
１０３ 支点部材
１０４ 板状部材
１０５ 電極
１０６ 接触部位
６０１、９０１ ワイヤグリッド型偏光素子
６０２、９０５ ストッパ
６０３、９０３ 開口部
７０１ 透明な基材
７０２ 帯状の金属層
７０３ 無偏光な光
７０３、７０４、７０５ 光
８０１ 第一の犠牲層
８０２ 第二の犠牲層
８０３、１００２ 開口部
９０２ 透明平板
９０４ 接続ポスト
１００１ 第三の犠牲層
１１０１、１１０２ 光偏光装置群
１１０３、１３０３ カラーホイール
１１０４、１３０４ 光偏向アレー
１１０５、１３０５ 制御チップ
１１０６、１３０６ 光吸収板
１１０７、１３０７ 投影レンズ
１２０１、１３０１ 白色光源
１２０２、１３０２ ロッドレンズ
１３０８ スクリーン
１３００、１４０１ 画像投影表示装置
【先行技術文献】
【特許文献】
【００８３】
【特許文献１】特開平１０−１５３７５５号公報
【特許文献２】特許第２９９９９５３号公報
【特許文献３】特開２００６−５８３３９号公報
【特許文献４】特許第４３０７８１３号公報
【特許文献５】特開２００５−２０２２５７号公報
【特許文献６】特開２００６−１３３３９４号公報
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入射光に対する出射光の方向を変える光偏向装置、光偏向アレー、画像投影表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
始めに、本明細書において頻繁に用いられる「光偏向」と「偏光」という用語について、以下のように定義することとする。「光偏向」は、光の向きを変えることを意味し、具体的には、光偏向装置を構成する板状部材などのミラーが傾斜方向を変えたことにより反射光の向きが変わることなどが該当する。一方、「偏光」は、光を電磁波として捉えたときの波としての性質の変化を意味し、例えば振動方向がランダムな状態である自然光に対し、特定方向に振動が偏った光を意味する。具体的には、ワイヤグリッド型偏光素子により、振動方向がワイヤと平行な光が反射され、ワイヤと垂直な光が透過されるなどが該当する。
【０００３】
一般に、投影プロジェクタやデジタルシアターシステム、リアプロジェクションテレビ等の画像投影表示装置に用いられる表示デバイス（本発明における光偏向装置に相当する）としては、透過型液晶デバイスや反射型液晶デバイス、デジタルマイクロミラーデバイスがあり、その光利用効率の高さや開口率の大きさから、テキサスインスツルメンツのデジタルマイクロミラーデバイス（一般的にＤＭＤと呼ばれている）を用いたプロジェクタが市場で広く使われている。このＤＭＤは、捻り梁上部に反射ミラーを有する光スイッチの２次元アレーであり、このＤＭＤを用いたプロジェクタの光学システムでは、テキサスインスツルメンツで発明されたデジタルライトプロセッシング方式（一般的にＤＬＰ方式と呼ばれている）が採用されている。このＤＬＰ方式には、ＤＭＤを１個用いる単板式と、ＤＭＤを３個用いる３板式があり、この単板式の光学システムについては、公知文献である、「A MEMS-Based Projction Display」PROCEEDINGS OF THE IEEE. VOL.８６,NO.８,AUGUST １９９８ ,page １６８７-１７０４において、L. J. Hornbeckらが紹介している。又、３板式の光学システムについては、公知文献である、「Using ZEMAX Image Analysis and user-defined surfaces for projection lens design and evaluation for Digital Light ProcessingTM projection systems」 Optical Engineering, Vol. ３９ No. ７, July ２０００, page １８０２-１８０７に紹介されている。
【０００４】
上記いくつかの方式があるプロジェクタであるが、近年、それらのプロジェクタを応用した立体画像を投影表示するプロジェクタやデジタルシアターシステムが製品化されている。立体画像を投影表示するシステムとしては、主に、時分割式ＤＬＰプロジェクタと液晶シャッタメガネを用いる時分割方式と、ＤＬＰ方式に限らず液晶方式を含めたプロジェクタ２台と偏光メガネを用いる偏光方式とがある。特許文献１（特開平１０−１５３７５５号公報）において、従来例として両方式が開示されており、時分割方式は、左右の眼に独立した液晶シャッタを設けたメガネを装着し、スクリーン上に時分割式に右目用の画像と左目用の画像を交互に表示し、シャッタ制御装置に画像タイミングに合わせて右目と左目のシャッタを作動し、右目には、右目用の画像を、左目には左目用の画像を見ることができるようにしたものであり、偏光方式は、右目用の画像と左目用の画像を投影する２台のプロジェクタを用い、それぞれの投射光を偏光フィルタにより一方のプロジェクタは横方向、もう一方のプロジェクタは縦方向に偏光してスクリ−ンに投影し、これを右目は縦方向、左目は横方向の偏光メガネで、右目には右目用の画像を、左目には左目用の画像を見ることができるようにしたものである。
【０００５】
しかしながら、時分割方式の場合は、シャッタ制御装置にて画像タイミングに合わせて眼鏡の右目と左目の液晶シャッタを作動するため接続コ−ドが必要で煩わしく、かつ接続コードが無い液晶シャッタを設けたメガネは高価で、このために多人数で立体画像を同時に楽しむことは困難であった。又、偏光方式の場合は、右目用の画像と左目用の画像を投影する２台のプロジェクタが必要で価格を低く抑えることが出来ない、かつ２台のプロジェクタの投影画像を一致しないといけないので調整が難しくだれでも設定ができるほど手軽ではない等の問題点があった。
【０００６】
そこで、安価な偏光メガネを用いることができ、かつ１台のプロジェクタにて立体画像を投影表示できる装置として、ホログラフィック偏光ビームスプリッタによって光源から放射された光をＳ波とＰ波に分離し、分離されたＳ波とＰ波をＤＭＤのそれぞれ異なる画素に導いて、Ｓ波によって構成される画像と、Ｐ波によって構成される画像とを同時に投影するように構成した立体画像投影表示装置が、特許文献２（特許第２９９９９５３号公報）に開示されている。又、回転する偏光カラーホイールを用いることにより、相互に直交する偏光ベクトルを備えた直線偏光をＲＧＢの各色毎に時分割でＤＭＤに導くように構成し、このＤＭＤを偏光カラーホイールの時分割動作と連動させて制御することで、偏光メガネによって立体的な表示を視認できるように構成した立体画像表示装置が、上記特許文献１に開示されている。
【０００７】
しかしながら、ホログラフィック偏光ビームスプリッタを用いる装置では、ＤＭＤが単板式で済みかつ駆動周波数も比較的低くて済むといった利点があるものの、ホログラフィック偏光ビームスプリッタによる偏光の出射方向をＤＭＤの各画素に正確に対応させる必要があるために厳密な光学調整が必要になるとともに、このようなホログラフィック偏光ビームスプリッタは非常に高価であるため装置の価格を安価にすることができないという問題点があった。さらに、カラー化を図る場合にはホログラムの特性により異なる色相の光を同等に導くことはできないことから、ホログラフィック偏光ビームスリッタにＲＧＢの各色に対応する画素構造を設ける必要があり、これによりさらに製造コストが増大するという問題点があった。一方、偏光カラーホイールを用いる装置では、カラーホイールに偏光選択機能を持たせ、ＤＭＤを光の色別及び偏光別に時分割駆動させる必要があるため、駆動周波数が高くなってしまうという問題点があった。また、偏光カラーホイールを回転させながら光を透過させる必要があるために、カラー偏光フィルタの偏光軸が偏光カラーホイールの回転に伴って傾動するので直線偏光の偏光軸が一定にならず振れてしまうため、立体画像を見るときに左右の視差画像が相互に混ざって視認されるといった２重映りを生ずる恐れがあった。
【０００８】
そこで、上記問題点に鑑み、単板式のＤＭＤを使って、かつホログラフィック偏光ビームスプリッタや偏光カラーホイールを使わずに１台のプロジェクタにて立体画像を投影表示する装置が、特許文献３（特開２００６−５８３３９号公報）に開示されている。特許文献３においては、表示デバイスであるＤＭＤの画素に相当する個々のミラーを、第１の偏光が可能なミラー又は第２の偏光が可能なミラーで構成し、第１の偏光が可能なミラーと第２の偏光が可能なミラーをストライプライン状に交互に、又は縦横の隣接位置に交互に配置していることを特徴としている。特許文献３の立体画像投影表示装置は、光源からの光を、無偏光のカラーホイールを通過させて時系列的に各色に分割し、それを表示デバイスである単板のＤＭＤに時間順次に入射させる。ＤＭＤは立体画素情報に応じて第１の偏光光と第２の偏光光を投影レンズに向けて反射させることが出来、投影レンズを通してスクリーン上に第１の偏光による画像と第２の偏光による画像を同時に表示することが出来る。左右の眼に対応する部分に異なる偏光フィルタを取り付けた偏光メガネを用いてこの画像を鑑賞すると、特に視差画像を構成する第１の偏光光による画像と第２の偏光光による画像の場合は、立体画像として視ることが出来る。
【０００９】
上記特許文献３の立体画像投影表示装置は、特許文献２の発明と異なり、表示デバイスの手前で偏光分離を行う必要がないので、偏光の投射位置の調整などが不要になり、装置の調整作業が容易になる。また、第１の偏光光による画像と第２の偏光光による画像とを時分割で投射する必要もないので、ＤＭＤの駆動周波数を低減することができる。さらに、単板式のＤＭＤで第１の偏光光による画像と第２の偏光光による画像を同時に形成できるので、小型・軽量化を図ることができる等の利点がある。
【００１０】
しかしながら、上記特許文献３においては、無偏光な入射光がＤＭＤを構成する個々のミラーに入射し、個々のミラー部に構成されたワイヤグリッド等の偏光機能により、ある振動方向を有する光が反射され、他の振動方向の光は透過することとなる。この反射光は、表示デバイスであるＤＭＤの各素子のスイッチ動作（本発明でいうところの光偏向動作）により反射方向を変えて画像の投影表示に使われるが、透過光はグリッドを通過しミラー下で散乱しコントラストの低下や画質の低下となるため、偏光機能の下に黒色の樹脂層などの光吸収層や無反射多層膜を構成してミラー部で吸収させることが必要となる。概して記すと、光源からの照明光の半分がＤＭＤのミラーアレーで吸収されるため、その発熱は甚大であり、強力なファンなどによる急冷機構が必要となり、小型で安価な立体画像投影表示装置を構成することは困難となる。又、ミラーを構成する光吸収層や無反射多層膜の劣化は激しく、長時間の鑑賞が困難であり、画像投影表示装置の長期間使用も困難となる。さらに、ミラー部にワイヤグリッドを構成するため、その金属ワイヤの配列に依存してワイヤの応力によりミラーが反りすなわち平滑でなくなり、表示された画像の画素の分離が均一でなく、画質が低下する問題点がある。さらに、光吸収層として黒色の樹脂層を用いた場合は数μmの膜厚が必要であり、ミラーの±２０°程度の傾斜を考えると隣接するミラーがぶつからないように画素と画素の間隔を広げる必要があり、微細なミラーを狭ピッチで集積することが困難である。又、光吸収層として無反射多層膜を用いた場合は、その膜応力分布の制御が困難でやはり平滑なミラーが得られず、画質の低下を招く恐れがある。さらに、ミラーとして上記構成をとる場合、ミラー部の重量が大きくなり、ミラーを固定している支持部又はミラーを支えているヒンジへの負荷が大きく、連続使用による支持部又はヒンジの破壊が起きやすいため、頻繁に表示デバイスを交換する必要がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
以下に、特許文献４（特許第４３０７８１３号公報）を参照して、本発明者らが先に発明した光偏向方法及び光偏向装置及びその製造方法及びその応用製品を説明する。特許文献４を従来例とすると、従来例の光偏向装置は、固定部を持たない板状部材すなわちミラーを空間に閉じ込めて静電引力により支点部位を中心に傾斜変位させ光偏向することを特徴としており、この特許文献４の中で１軸又は２軸方向に光偏向する光偏向装置が開示されている。特許文献４において、ミラーである板状部材に接触電位を付与する場合と電気的に浮いている場合の、それぞれの構造の光偏向装置及び光偏向方法（すなわち駆動方法）が開示されている。
【００１２】
以下に、その代表的な構造及び駆動方法を記載する。図９に、特許文献４に開示した光偏向装置の例を模式的に図示した。この光偏向装置は、ミラーである板状部材に接触電位を付与する場合の光偏向装置であり、２軸４方向に光偏向する構造を有している。図９（a）は光偏向装置の上面図であり、図９（b）はA-A'線上の断面図、図９（c）はB-B'線上の断面図、図９（d）はC-C'線上の断面図である。なお図９においては、光偏向装置が複数２次元に配置された光偏向アレーの一つの光偏向装置として抽出して記載してある。図９において、基板１０１と、複数の規制部材１０２と、支点部材１０３と、板状部材１０４と、複数の電極１０５a、１０５b、１０５c、１０５dを有している。複数の規制部材１０２はそれぞれ上部にストッパを有し、基板１０１の複数の端部にそれぞれ設けられている。支点部材１０３は導電性を有する部材で構成される頂部を有して基板１０１の上面に設けられている。板状部材１０４は固定端を持たず、上面に光反射領域を有し、少なくとも一部に導電性を有する部材からなる導電体層を有し、裏面の少なくとも頂部と接する接触点が導電性を有する部材からなり、基板１０１と支点部材１０３とストッパの間の空間内で可動的に配置され、板状部材の電位を前記支点部材との接触により付与している。複数の電極１０５a、１０５b、１０５c、１０５dは基板上にそれぞれ設けられ、板状部材１０４の導電体層とほぼ対向している構成を有している。１０６は板状部材１０４が傾斜変位により基板１０１と接触する時に接触面積を低減する目的で配置された接触部位であり、特許文献４には開示されていない。１０６の接触部位に関しては特許文献５（特開２００５−２０２２５７号公報）に詳細が記載されている。
【００１３】
上記光偏向装置は、電極１０５a、１０５b、１０５c、１０５d及び支点部材１０３に印加される電位の組み合わせにより、図９（c）、図９（d）に記載のように方向１〜方向４へ傾斜変位し、それに応じて例えば基板面と垂直方向から入射した入射光を方向１〜方向４の４方向へ反射させることが出来る。又、逆に最大同４方向から入射した入射光を基板と垂直方向へ反射させることが出来る。図１０に、特許文献４に開示されている電圧印加の組み合わせと板状部材の傾斜方向の関係を表としてまとめて記載する。図１０に記載したように、X（V）と０（V）の２種類の電位を計５電極に組合せることにより、上記４方向への光偏向が可能であるが、詳細な説明は特許文献４を参照されたい。
【００１４】
上記従来例の光偏向装置は、以下の利点を有している。すなわち、
・支点部材と基板と板状部材の接触で傾斜角が決定されるので、ミラーの偏向角の制御が容易かつ安定である。
・支点部材を中心として対向する電極に異なる電位を印加することにより高速に薄膜の板状部材を反転するので、応答速度が速くできる。
・板状部材が固定端を有していないので捻り変形などの変形を伴わず長期的な劣化が少なく低電圧で駆動できる。
・半導体プロセスにより微細で軽量な板状部材を形成できるので、ストッパとの衝突による衝撃が少なく、長期的な劣化が少ない。
・規制部材や板状部材や光反射領域の構成を任意に決めることにより、反射光のON/OFF比（画像機器におけるS/N比、映像機器におけるコントラスト比）を向上できる。
・半導体プロセス及び装置を使用できるので、低コストにて微細化と集積化が可能である。
・支点部材を中心として複数の電極を配置することにより、１軸２次元の光偏向及び２軸３次元の光偏向が可能である。
【００１５】
次に、特許文献６（特開２００５−２０２２５７号公報）に開示されている従来例の光偏向装置のもう一つの形態を図１１に記載する。図１１（a）は従来例の光偏向装置のもう一つの形態の上面図であり、図１１（b）はD-D'線上の断面図である。図１１においては、光偏向装置が複数２次元に配置された光偏向アレーの一つの光偏向装置として抽出して記載してある。図１１において、基板１０１と、複数の規制部材１０２と、支点部材１０３と、板状部材１０４と、複数の電極１０５a、１０５bを有している。複数の規制部材１０２はそれぞれ上部にストッパを有し、基板１０１の複数の端部にそれぞれ設けられている。支点部材１０３は導電性を有する部材で構成される頂部を有して基板１０１の上面に設けられている。板状部材１０４は固定端を持たず、上面に光反射領域を有し、少なくとも一部に導電性を有する部材からなる導電体層を有し、裏面の少なくとも頂部と接する接触点が導電性を有する部材からなり、基板１０１と支点部材１０３とストッパの間の空間内で可動的に配置され、板状部材の電位を支点部材との接触により付与している。複数の電極１０５a、１０５bは基板上にそれぞれ設けられ、板状部材１０４の導電体層とほぼ対向している構成を有している。特に図１１の光偏向装置は、支点部材１０３が尾根状の頂部を有し、光偏向方向を方向１及び方向２に限定する１軸２次元の光偏向動作する光偏向装置である。なお図１１（b）のD-D'断面図において、規制部材１０２上に構成されたストッパは分割された規制部材間にブリッジする形で配置されている。又、図９の従来例で記載した接触部位１０６は記載を省略しているだけで、実際には図９と同様に構成されている。
上記光偏向装置は、電極１０５a、１０５b及び支点部材１０３に印加される電位の組み合わせにより、方向１及び方向２へ傾斜変位し、それに応じて例えば基板面と垂直方向から入射した入射光を方向１及び方向２へ反射させることが出来る。
【００１６】
次に、図１１に記載した光偏向装置を複数２次元アレー状に配置した光偏向アレーの従来例について、図１２を用いて説明する。図１２（a）は従来の光偏向アレーの上面図であり、図１２（b）はD−D'断面図である。図１２（a）において、従来の光偏向装置がm行n列配置されており、個々の光偏向装置は画像情報に応じて個別に供給される駆動信号に応じて光偏向動作する。このとき、光偏向装置はその特徴により低電圧駆動が可能となので、供給される駆動信号も低電圧な電圧を用いることが出来る。駆動信号は光偏向装置直下に構成された半導体メモリ回路に記憶され、全光偏向装置を同時に光偏向動作させる。光偏向アレーの駆動方法や半導体メモリ回路の構成に関しては、特許文献７（特開２００６−１３３３９４号公報）を参照されたい。
【００１７】
次に、上記従来の光偏向アレーを用いた画像投影表示装置の従来例を、図１３に記載する。図１３において、１２０１はハロゲンランプやキセノンランプなどの白色光源である。１２０２は光源光の整形のためのロッドレンズである。１１０３が少なくとも３原色のカラーフィルターを有するカラーホイールであり、１１０４が従来の光偏向アレーである。１１０５は光偏向アレーを構成する個々の光偏向装置の光偏向方向を制御する制御チップである。１１０７は投影レンズであり、１１０６は光吸収板である。この従来の光偏向装置は、１軸２次元の光偏向動作を行う光偏向装置であり、１方向から入射した入射光を目的の方向（ON方向）と目的以外の方向（OFF方向）へ色情報に応じて光偏向する。この光学システムを簡単に説明すると、白色光源１２０１からの白色光がロッドレンズ１２０２を通過して整形され、カラーホイール１１０３に入射する。カラーホイールを通過する光源光は時間順次に赤青緑の色を有する光Lとなる。光Lが光偏向アレー１１０４を照明する。光偏向アレー１１０４を構成する個々の光偏向装置は、画像情報すなわち色情報に応じて光偏向動作を行い、目的方向、例えばアレー面と垂直方向に反射光Lonを反射させ、投影レンズ１１０７に導く。投影レンズを通過してスクリーン１３０２上に色情報が投影表示される。時間順次に投影される色情報は観察者の目の残像現象により色合成され、多彩な色を有する画像となる。目的以外の方向へ反射された光Loffは光吸収板で吸収される。
【００１８】
上記従来例の光偏向装置では、固定部を持たない板状部材１０４をミラーとして用いることにより上記多くの利点を有しており、光偏向装置を用いた光偏向アレーや画像投影表示装置もそれにより多くの利点を有している。しかし一方で、光偏向装置の板状部材１０４に入射する光は無偏光光又は光偏向装置以前に偏光された単一の偏光光であり、かつ光偏向装置に偏光素子を具備していないので、板状部材からの反射光も無偏光光又は単一の偏光光である。そのため、特許文献１に開示されている偏光カラーホイールや特許文献２に開示されているホログラフィック偏光ビームスプリッタを具備しなければ、１台のプロジェクタ（本発明における画像投影表示装置）で安価な偏光メガネを使って、立体画像の投影表示と鑑賞をすることは出来ない。
【００１９】
本発明は、特許文献１〜６にみられる問題点を解決するものであり、特許文献３でみられる透過光により発熱することなく、画素に応じて第１の偏光光又は第２の偏光光を目的の方向へ導くことができる光偏向装置を提供することにある。また、その光偏向装置で画素を構成することで、１個の光偏向アレーで第１の偏光光による画像と第２の偏光光による画像を１個の投影レンズに導くことができる光偏向アレーを提供することにある。また、その光偏向アレーを表示デバイスとすることで、小型でかつ安価であり、高精細な立体画像を１台の画像投影表示装置で表示でき、かつ安価な偏光メガネを用いることのできる画像投影表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
かかる目的を達成するために、本発明の光偏向装置は、基板と、複数の規制部材と、支点部材と、板状部材と、複数の電極とを有しており、複数の規制部材はそれぞれ上部にストッパを有し、基板の複数の端部にそれぞれ設けられており、支点部材は頂部を有して基板の上面に設けられており、板状部材は光反射領域を有し、かつ固定端を持たず、かつ少なくとも一部に導電性を有する部材からなる導電体層を有し、かつ基板と支点部材とストッパの間の空間内で可動的に配置されており、複数の電極は基板上にそれぞれ設けられ、板状部材の導電体層とほぼ対向している構成を有しており、板状部材が支点部材を中心として静電引力により傾斜変位することにより、光反射領域に入射する光が反射方向を変えて光偏向する光偏向装置において、ストッパ上に直接又はストッパ上部に立体的に接続して偏光素子を具備し、かつ偏光素子がワイヤグリッド型偏光素子であることを特徴とする。
【００２１】
本発明の光偏光装置において、ワイヤグリッド型偏光素子は、帯状の金属層を複数平行に配列させたグリッド構造を有しており、グリッド構造により、入射光において、電磁波としての振動方向が帯の伸長方向と平行な光は反射し、入射光の電磁波としての振動方向が帯の伸長方向と垂直な光は透過することを特徴とする。
【００２２】
本発明の光偏光装置において、帯状の金属層の幅は、入射光の波長に依存して良好に偏光ができる幅で決定され、入射光が３００〜８００nmの可視光の場合は１００nm以下とすることを特徴とする。
【００２３】
本発明の光偏光装置において、ストッパは、光偏向装置全面をほぼ覆う形で平板状に構成されており、光偏向装置の角部には開口部が形成されており、開口部は、板状部材の上下面に構成されていた犠牲層をエッチング除去するときのエッチング種を導入するための窓として機能することを特徴とする。
【００２４】
本発明の光偏光装置において、ストッパは、ブリッジ状に構成されており、ストッパには柱状の接続ポストを介して透明平板が接続されており、透明平板は、光偏向装置全面をほぼ覆う形で平板状に構成されており、光偏向装置の角部には開口部が形成されており、開口部は、板状部材の上下面及びストッパ上部に構成されていた犠牲層をエッチング除去するときのエッチング種を導入するための窓として機能することを特徴とする。
【００２５】
本発明の光偏光アレーは、本発明の光偏向装置を複数１次元又は２次元アレー状に配置した光偏向アレーであり、かつ、第１の偏光が可能なワイヤグリッド型偏光素子を具備する光偏向装置と、第２の偏光が可能なワイヤグリッド型偏光素子を具備する光偏向装置とが交互に配置されていることを特徴とする。
【００２６】
本発明の画像投影表示装置は、本発明の光偏向アレーを有し、かつ、少なくとも光偏向アレーを照明する光源及び光偏向アレーからの反射光を投影する投影レンズを有し、光偏向アレーからの反射光による第１の偏光光から成る画像と第２の偏光光から成る画像を同時に単一の投影レンズに導き、スクリーン上に投影表示させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、透過光により発熱することなく、画素に応じて第１の偏光光又は第２の偏光光を目的の方向へ導くことができる光偏向装置を提供できる。また、その光偏向装置で画素を構成することで、１個の光偏向アレーで第１の偏光光による画像と第２の偏光光による画像を１個の投影レンズに導くことができる光偏向アレーを提供できる。また、その光偏向アレーを表示デバイスとすることで、小型でかつ安価であり、高精細な立体画像を１台の画像投影表示装置で表示でき、かつ安価な偏光メガネを用いることのできる画像投影表示装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施形態１に係る光偏向装置の構成例を示す図である。
【図２】本発明の実施形態１に係る光偏向装置のワイヤグリッド型偏光素子の例を示す模式図である。
【図３】本発明の実施形態１に係る光偏向装置の製造方法の各工程を説明する図である。
【図４】本発明の実施形態２に係る光偏向装置の構成例を示す図である。
【図５】本発明の実施形態２に係る光偏向装置の製造方法の各工程を説明する図である。
【図６】本発明の実施形態３に係る光偏向アレーの構成例を示す図である。
【図７】本発明の実施形態４に係る光偏向アレーの構成例を示す図である。
【図８】本発明の実施形態５に係る画像投影表示装置の構成例を示す斜視図である。
【図９】特許文献４に開示されている光偏向装置の例を模式的に示す図である。
【図１０】特許文献４に開示されている電圧印加の組み合わせと板状部材の傾斜方向の関係を示す表である。
【図１１】特許文献６に開示されている光偏向装置の例を示す図である。
【図１２】図１１に示す光偏向装置を複数２次元アレー状に配置した光偏向アレーの例を示す図である。
【図１３】従来の光偏向アレーを用いた画像投影表示装置の構成を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下に、本発明の一実施形態としての光偏向装置（実施形態１，２）、光偏向アレー（実施形態３，４）、画像投影表示装置（実施形態５）についてそれぞれ説明する。
【００３０】
まず、本発明の一実施形態の光偏向装置について説明する。本発明の一実施形態の光偏向装置を構成する板状部材は、電気的に浮いている場合と、支点部材を経由して接触的に電位を付与する場合と、どちらであっても構わない。又、１軸２次元の光偏向動作する光偏向装置、及び２軸３次元の光偏向動作する光偏向装置どちらであっても構わないが、以下の説明においては、便宜上、支点部材を経由して接触的に電位を付与する場合の１軸２次元の光偏向動作する光偏向装置にて説明する。
【００３１】
本発明の一実施形態の光偏向装置は、基板と、複数の規制部材と、支点部材と、板状部材と、複数の電極を有している。複数の規制部材は、それぞれ上部にストッパを有し、基板の複数の端部にそれぞれ設けられている。支点部材は、頂部を有し、基板の上面に設けられている。板状部材は、光反射領域を有し、かつ固定端を持たず、かつ少なくとも一部に導電性を有する部材からなる導電体層を有し、かつ基板と支点部材とストッパの間の空間内で可動的に配置されている。複数の電極は、基板上にそれぞれ設けられ、板状部材の導電体層とほぼ対向している構成を有している。本発明の一実施形態の光偏向装置は、このような構成において、板状部材が支点部材を中心として静電引力により傾斜変位することにより、光反射領域に入射する光が反射方向を変えて光偏向する光偏向装置であり、ストッパ上に直接又はストッパ上部に立体的に接続して偏光素子を具備し、かつ偏光素子がワイヤグリッド型偏光素子であることを特徴としている。以下、本発明の一実施形態の光偏向装置について、実施形態１及び２を用いてそれぞれ順に説明する。
【００３２】
〔実施形態１〕
図１に本発明の実施形態１を示す。図１（a）は、本実施形態の光偏向装置の上面図であり、図１（b）は、理解を容易にするためにストッパ部材６０２とワイヤグリッド型偏光素子６０１を除いた本実施形態の光偏向装置の上面図であり、図１（c）は、D-D'線上の断面図である。図１においても、光偏向装置が複数２次元に配置された光偏向アレーの一つの光偏向装置として抽出して記載してある。
【００３３】
図１において、本実施形態の光偏向装置は、基板１０１と、複数の規制部材１０２と、支点部材１０３と、板状部材１０４と、複数の電極１０５a、１０５bを有している。
【００３４】
複数の規制部材１０２は、基板１０１の複数の端部にそれぞれ設けられ、かつ上部にストッパ６０２を有している。
【００３５】
支点部材１０３は、導電性を有する部材で構成される頂部を有し、基板１０１の上面に設けられる。
【００３６】
板状部材１０４は、固定端を持たず、上面に光反射領域を有し、少なくとも一部に導電性を有する部材からなる導電体層を有している。また、板状部材１０４は、裏面の少なくとも上記頂部と接する接触点が導電性を有する部材からなり、基板１０１と支点部材１０３とストッパ６０２の間の空間内で可動的に配置され、板状部材１０４の電位を支点部材１０３との接触により付与している。
【００３７】
複数の電極１０５a、１０５bは、基板１０１上にそれぞれ設けられ、板状部材１０４の導電体層とほぼ対向している構成を有している。又、図１１の従来例と同様に、図１の光偏向装置も、支点部材１０３が尾根状の頂部を有している。さらに本実施形態においては、板状部材１０４の一辺長と支点部材１０３の高さを設計し、板状部材１０４が支点部材１０３を中心に最大で±１５度の傾斜変位が可能な構造としている。なお、規制部材１０２は中空構造であっても良い。
【００３８】
又、図１において、図９の従来例で記載した接触部位１０６は記載を省略しているだけで、実際には図９と同様に構成されている。本実施形態において、図１１の従来例と異なり、ストッパ６０２は、後述する実施形態２のようにブリッジ状に構成されているのではなく、光偏向装置全面をほぼ覆う形で平板状に構成され、光偏向装置の角部に開口部６０３を有している。開口部６０３は板状部材１０４上下面に構成されていた犠牲層をエッチング除去するときのエッチング種を導入するための窓である。
【００３９】
平板状に構成されたストッパ６０２上には、本実施形態の特徴であるワイヤグリッド型偏光素子６０１が構成されている。ワイヤグリッド型偏光素子６０１は、帯状の金属層（すなわちワイヤ）を複数平行に配列させたグリッド構造を有している。このグリッド構造により、入射光において、電磁波としての振動方向が帯の伸長方向と平行な光は反射し、入射光の電磁波としての振動方向が帯の伸長方向と垂直な光は透過する。この帯状の金属層の幅は、入射光の波長に依存して良好に偏光ができる幅で決まり、入射光が３００〜８００nmの可視光の場合は１００nm以下が望ましい。又、その場合の金属層間のピッチは２００nm以下が望ましい。なお、ワイヤグリッド型偏光素子における偏光について、図２に簡単に模式化して示した。７０１は透明な基材であり、７０２が帯状の金属層でありグリッド状に構成されている。ワイヤグリッド型偏光素子に対しグリッド状に構成された金属層７０２の上方より、ある角度で無偏光な光７０３が入射すると、帯状の金属層の伸長方向と平行な振動方向を有する光７０４は反射される。一方、帯状の金属層の伸長方向と垂直な振動方向を有する光７０５は基材７０１を透過する。上記ワイヤグリッド型偏向素子が、図１に示す本実施形態の光偏向装置に具備されているので、偏光された入射光をミラーである板状部材に入射させることが出来る。
【００４０】
具体的にその過程を記載し、本実施形態の効果を明らかにする。図１（c）において、無偏光な入射光７０３が光偏向装置上方より入射する。すると、ワイヤグリッド型偏光素子６０１が構成されたストッパ６０２において、帯状の金属層の伸長方向と平行な偏光光７０４は反射し、不要光として処理される（具体的には画像投影表示装置内に設置された光吸収板に吸収される）。一方、帯状の金属層の伸長方向と垂直な偏光光７０５は、透明なストッパ６０２を透過して、板状部材１０４に入射する。光反射領域が構成されている板状部材１０４がその表面を方向２に向けて傾斜すると、光偏向装置基板面と法線方向に偏光光７０５が反射される。この反射光が図中のＯＮ光である。逆に、光反射領域が構成されている板状部材１０４がその表面を方向１に向けて傾斜すると、偏光光７０５はＯＮ光から大きく傾斜した方向である図中ＯＦＦ方向に反射される。このＯＦＦ光は上記帯状の金属層の伸長方向と平行な偏光光７０４と同様に不要光として処理される。なお、板状部材を目的の方向に傾斜させる駆動方法などは従来例と同じである。又、本実施形態において、板状部材１０４の傾斜方向（方向１及び方向２）と帯状の金属層の伸長方向との相対的な位置関係、すなわち、帯状の金属層の伸長方向と板状部材１０４の傾斜方向（方向１及び方向２）が垂直であるなど、は特に規定されるものではない。
【００４１】
本実施形態では、上述した構成とすることにより、帯状の金属層と平行な入射光をワイヤグリッド型偏光素子で反射させ、帯状の金属層と垂直な入射光のみを板状部材に入射させることができる。これにより、特許文献１や特許文献２に開示されているような光源光の偏光を、ホログラフィック偏光ビームスプリッタや偏光カラーホイールなどを具備することなくミラーである板状部材に入射する直前で行うことが出来、かつ特許文献２にみられるような位置調整を行うことなく、かつ光偏向装置ごとに任意に行うことが出来る。さらに、入射光は光偏向装置内で吸収されずに不要光として反射されるかＯＮ方向（投影レンズに導かれる画像表示のための目的の方向）又はＯＦＦ方向に反射されるので、特許文献３にみられるような発熱によるミラー品質の劣化もなくすことが出来る。
【００４２】
次に、本実施形態の光偏向装置の製造方法について、図３を用いて説明する。なお、図３の説明で省略している工程に関しては、特許文献４（特許第４３０７８１３号公報）に開示されている前述の従来例と同様である。また、図３は、本実施形態の光偏向装置のD−D‘断面図（図１（c））を示している。
【００４３】
図３（a）において、基板１０１上に支点部材１０３、複数の電極１０５a,１０５bが構成されている。又、図３（a）において、図９の従来例で記載した接触部位１０６は記載を省略しているだけで、実際には図９と同様に構成されている。
【００４４】
次に、図３（b）において、基板１０１上に第一の犠牲層８０１、板状部材１０４、第二の犠牲層８０２が順次構成される。第一の犠牲層８０１と第二の犠牲層８０２は、本実施形態においてはノボラック系樹脂がスピンコート法により形成され、熱処理などにより平坦化されている。板状部材１０４は、スパッタリング法等により高反射膜としてアルミニウム系金属膜、高弾性率膜として窒化チタン膜が積層され、さらに画素に対応するようにパターン化されている。なお、本実施形態では犠牲層の膜種として有機膜を用いているが、シリコン膜やシリコン酸化膜であっても構わない。また、各膜の堆積方法は必ずしも限定されない。
【００４５】
次に、図３（c）において、第一の犠牲層８０１、第二の犠牲層８０２が同一フォトマスクを用いてパターン化される。このパターン化は、規制部材１０２を構成するための開口部８０３であり、酸素系ガスを用いたプラズマエッチングにより行われる。
【００４６】
次に、図３（d）において、シリコン酸化膜などの透明な絶縁膜を堆積する。
【００４７】
次に、図３（e）において、本実施形態の特徴であるワイヤグリッド型偏光素子６０１を構成するための金属膜を堆積しフォトマスクを用いてパターン化される。この金属膜としてはアルミニウム系金属膜を用いた。次に、図ではパターン化の様子が明確でないが、フォトマスクを用いて図３（d）において堆積したシリコン酸化膜をパターン化し、規制部材１０２とストッパ６０２が構成される。なお、前述のように、ストッパ６０２は、光偏向装置全面をほぼ覆う形で平板状に構成され、光偏向装置の角部に開口部６０３を有している。
【００４８】
最後に、図３（f）において、開口部６０３を通して酸素系ガスを用いたプラズマエッチングにより、板状部材１０４上下面に構成されていた犠牲層８０１と８０２をエッチング除去し、本実施形態の光偏向装置が完成する。
【００４９】
〔実施形態２〕
次に、本発明の実施形態２を図４に示す。図４（a）は実施形態の光偏向装置の上面図であり、図４（b）は、理解を容易にするために透明基材９０２とワイヤグリッド型偏光素子９０１を除いた本実施形態の光偏向装置の上面図であり、図４（c）はD-D'線上の断面図である。図４においても、光偏向装置が複数２次元に配置された光偏向アレーの一つの光偏向装置として抽出して記載してある。
【００５０】
図９において、基板１０１と、複数の規制部材１０２と、支点部材１０３と、板状部材１０４と、複数の電極１０５a、１０５bを有している。
【００５１】
複数の規制部材１０２は、基板１０１の複数の端部にそれぞれ設けられ、かつ上部にストッパ９０５を有している。
【００５２】
支点部材１０３は、導電性を有する部材で構成される頂部を有し、基板１０１の上面に設けられる。
【００５３】
板状部材１０４は、固定端を持たず、上面に光反射領域を有し、少なくとも一部に導電性を有する部材からなる導電体層を有している。また、板状部材１０４は、裏面の少なくとも上記頂部と接する接触点が導電性を有する部材からなり、基板１０１と支点部材１０３とストッパ９０５の間の空間内で可動的に配置され、板状部材１４の電位を支点部材１０３との接触により付与している。
【００５４】
複数の電極１０５a、１０５bは、基板１０１上にそれぞれ設けられ、板状部材１０４の導電体層とほぼ対向している構成を有している。又、図１１の従来例同様、図４の光偏向装置も、支点部材１０３が尾根状の頂部を有している。さらに本実施形態においては、板状部材１０４の一辺長と支点部材１０３の高さを設計し、板状部材１０４が支点部材１０３を中心に最大で±１５度の傾斜変位が可能な構造としている。なお、規制部材１０２は中空構造であっても良い。
【００５５】
又、図４において、図９の従来例で記載した接触部位１０６は記載を省略しているだけで、実際には図９と同様に構成されている。本実施形態において、図１１の従来例と同様、ストッパ９０５はブリッジ状に構成されている。さらに、ストッパ９０５に接続ポスト９０４を介して透明平板９０２が接続されている。透明平板９０２は、光偏向装置全面をほぼ覆う形で平板状に構成され、光偏向装置の角部に開口部９０３を有している。開口部９０３は、板状部材１０４上下面及びストッパ９０５上部に構成されていた犠牲層をエッチング除去するときのエッチング種を導入するための窓である。
【００５６】
平板状に構成された透明平板９０２上には、本実施形態の特徴であるワイヤグリッド型偏光素子９０１が構成されている。このワイヤグリッド型偏光素子９０１は、帯状の金属層（すなわちワイヤ）を複数平行に配列させたグリッド構造を有している。このグリッド構造により、入射光において、電磁波としての振動方向が帯の伸長方向と平行な光は反射し、入射光の電磁波としての振動方向が帯の伸長方向と垂直な光は透過する。この帯状の金属層の幅は、上記実施形態１と同様、入射光の波長に依存して良好に偏光ができる幅で決まり、入射光が３００〜８００nmの可視光の場合は１００nm以下が望ましい。本実施形態の光偏向装置においては、ストッパ９０５がブリッジ状に構成されているので、固定されていない板状部材１０４が製造過程又は光偏向動作中にストッパ９０５と接触する際の接触面積を実施形態１に比べて低減し、ミラーである板状部材１０４の固着による歩留の低下を抑制できる。
【００５７】
次に、本実施形態の光偏向装置の製造方法について、図５を用いて説明する。なお、図５の説明で省略している工程に関しては、特許文献４（特許第４３０７８１３号公報）に開示されている前述の従来例と同様である。また、図５は本実施形態の光偏向装置のD−D‘断面図（図４（c））を示している。
【００５８】
図５（a）において、実施形態１と同様、基板１０１上に支点部材１０３、複数の電極１０５a,１０５b、第一の犠牲層８０１と第二の犠牲層８０２、板状部材１０４が構成されており、規制部材１０２を構成するための開口８０３が形成されている。又、図５（a）において、図９の従来例で記載した接触部位１０６は記載を省略しているだけで、実際には図９と同様に構成されている。
【００５９】
次に、図５（b）において、プラズマＣＶＤ法によるシリコン酸化膜を堆積し、フォトマスクを用いてパターン化され、規制部材１０２及びストッパ９０５が構成される。
【００６０】
次に、図５（c）において、基板１０１上に第三の犠牲層１００１が構成され、フォトマスクを用いてパターン化されて接続ポスト９０４のための開口部１００２が形成される。第三の犠牲層１００１は、本実施形態においてはノボラック系樹脂がスピンコート法により形成され、熱処理などにより平坦化されている。このパターン化は、酸素系ガスを用いたプラズマエッチングにより行われる。なお、本実施形態では犠牲層の膜種として有機膜を用いているが、シリコン膜やシリコン酸化膜であっても構わない。また、各膜の堆積方法は必ずしも限定されない。
【００６１】
次に、図５（d）において、シリコン酸化膜などの透明な絶縁膜を堆積し、さらに本実施形態の特徴であるワイヤグリッド型偏光素子６０１を構成するための金属膜を堆積しフォトマスクを用いてパターン化される。この金属膜としてはアルミニウム系金属膜を用いた。次に、図ではパターン化の様子が明確でないが、フォトマスクを用いてシリコン酸化膜をパターン化し、接続ポスト９０４と透明平板９０２が構成される。なお、前述のように、透明平板９０２は、光偏向装置全面をほぼ覆う形で平板状に構成され、光偏向装置の角部に開口部９０３を有している。
【００６２】
最後に、図５（e）において、開口部９０３を通して酸素系ガスを用いたプラズマエッチングにより、板状部材１０４上下面に構成されていた犠牲層８０１と８０２及びストッパ上部に構成された第三の犠牲層１００１をエッチング除去し、本実施形態の光偏向装置が完成する。
【００６３】
次に、本発明の一実施形態の光偏向アレーについて説明する。本発明の一実施形態の光偏向アレーは、上述した本発明の一実施形態の光偏向装置を複数１次元又は２次元アレー状に配置した光偏向アレーであり、かつ第１の偏光が可能なワイヤグリッド型偏光素子を具備する光偏向装置と、第２の偏光が可能なワイヤグリッド型偏光素子を具備する光偏向装置とが交互に配置されていることを特徴とする。以下、本発明の一実施形態の光偏向アレーについて、実施形態３及び４を用いてそれぞれ順に説明する。
【００６４】
〔実施形態３〕
本実施形態の光偏向アレーの構成について、図６を用いて説明する。図６においては、例として、前述の実施形態１の光偏向装置を複数２次元アレー状に配置した光偏向アレーを記載した。図６（a）は、本実施形態の光偏向アレーの上面図であり、図６（ｂ）は、理解を容易にするためにストッパ部材６０２とワイヤグリッド型偏光素子６０１を除いた本実施形態の光偏向アレーの上面図であり、図６（c）は、１個の光偏向装置を抽出したD-D'線上の断面図である。
【００６５】
本実施形態３では、実施形態１の光偏向装置がm行n列配置されており、個々の光偏向装置は、個別に供給される駆動信号に応じて光偏向動作する。このとき、実施形態１の光偏向装置は、上述した従来例（図１２の構成）と同様の特徴により低電圧駆動が可能なので、供給される駆動信号も低電圧な電圧を用いることが出来る。この駆動信号は、光偏向装置直下に構成された半導体メモリ回路に記憶され、全光偏向装置を同時に光偏向動作させる。光偏向アレーの駆動方法や半導体メモリ回路の構成に関しては、特許文献７（特開２００６−１３３３９４号公報）を参照されたい。
【００６６】
本実施形態の光偏向アレーにおいて、第１の偏光が可能なワイヤグリッド型偏光素子を具備する光偏向装置１１０１と、第２の偏光が可能なワイヤグリッド型偏光素子を具備する光偏向装置１１０２とは交互に配置されており、特にストライプライン状に交互に配置されている。なお、第１の偏光が可能なワイヤグリッド型偏光素子と第２の偏光が可能なワイヤグリッド型偏光素子は、ともに帯状の金属層（すなわちワイヤ）が複数平行に配列させた前述の構造であるが、６０２のストッパ平面上でその伸長方向が互いに直交する配置となっており、それぞれの透過光７０５の偏光ベクトルが互いに直交する関係となっている。この構造を構成することにより、互いに異なる偏光状態にある透過光（相互に直交する偏光ベクトルを有する偏光光）を同時に生じさせることができ、互いに異なる偏光状態にある光偏向装置への入射光ひいては投影レンズに導かれるＯＮ光とすることができる。本実施形態の光偏向アレーにおいては、複数のライン状に配置された第１の偏光が可能なワイヤグリッド型偏光素子を具備する光偏向装置１１０１群による第１の画像と、複数のライン状に配置された第２の偏光が可能なワイヤグリッド型偏光素子を具備する光偏向装置１１０２群による第２の画像を同時に形成し、投影することが可能になる。
【００６７】
〔実施形態４〕
本実施形態の光偏向アレーについて、図７を用いて説明する。図７においては、例として、前述の実施形態１の光偏向装置を複数２次元アレー状に配置した光偏向アレーを記載した。図７（a）は、本実施形態の光偏向アレーの上面図であり、図７（ｂ）は、理解を容易にするためにストッパ部材６０２とワイヤグリッド型偏光素子６０１を除いた本実施形態の光偏向アレーの上面図であり、図７（c）は、１個の光偏向装置を抽出したD-D'線上の断面図である。
【００６８】
本実施形態４においても、上記実施形態３と同様に、実施形態１の光偏向装置がm行n列配置されており、個々の光偏向装置は、個別に供給される駆動信号に応じて光偏向動作する。このとき、実施形態１の光偏向装置は、上述した従来例（図１２の構成）と同様の特徴により低電圧駆動が可能なので、供給される駆動信号も低電圧な電圧を用いることが出来る。この駆動信号は、光偏向装置直下に構成された半導体メモリ回路に記憶され、全光偏向装置を同時に光偏向動作させる。やはり、光偏向アレーの駆動方法や半導体メモリ回路の構成に関しては、特許文献７（特開２００６−１３３３９４号公報）を参照されたい。
【００６９】
本実施形態の光偏向アレーにおいて、第１の偏光が可能なワイヤグリッド型偏光素子を具備する光偏向装置１１０１と第２の偏光が可能なワイヤグリッド型偏光素子を具備する光偏向装置１１０２は交互に配置されており、特に、縦横の隣接位置に交互に配置している。なお、第１の偏光が可能なワイヤグリッド型偏光素子と第２の偏光が可能なワイヤグリッド型偏光素子は、ともに帯状の金属層（すなわちワイヤ）が複数平行に配列させた前述の構造であるが、６０２のストッパ平面上でその伸長方向が互いに直交する配置となっており、それぞれの透過光７０５の偏光ベクトルが互いに直交する関係となっている。この構造を構成することにより、互いに異なる偏光状態にある透過光（相互に直交する偏光ベクトルを有する偏光光）を同時に生じさせることができ、互いに異なる偏光状態にある光偏向装置への入射光ひいては投影レンズに導かれるＯＮ光とすることができる。本実施形態の光偏向アレーにおいては、縦横に千鳥状に配置された第１の偏光が可能なワイヤグリッド型偏光素子を具備する光偏向装置１１０１群による第１の画像と、縦横に千鳥状に配置された第２の偏光が可能なワイヤグリッド型偏光素子を具備する光偏向装置１１０２群による第２の画像を同時に形成し、投影することが可能になる。
【００７０】
なお、実施形態３及び実施形態４の光偏向アレーにおいて、図６（b）及び図７（b）にみられるように、支点部材１０３は基板平面上、第１の偏光が可能なワイヤグリッド型偏光素子を具備する光偏向装置１１０１と第２の偏光が可能なワイヤグリッド型偏光素子を具備する光偏向装置１１０２によらず、同一方向に伸長した尾根形状の支点部材１０３で構成されている。すなわち、板状部材１０４の傾斜方向（方向１及び方向２）と、ワイヤグリッド型偏向素子の帯状の金属層の伸長方向との相対的な位置関係は、特に規定されるものではない。
【００７１】
次に、本発明の一実施形態の画像投影表示装置について説明する。本発明の一実施形態の画像投影表示装置は、本発明の一実施形態の光偏向アレーを有し、かつ少なくとも光偏向アレーを照明する光源及び光偏向アレーからの反射光を投影する投影レンズを有し、光偏向アレーからの反射光による第１の偏光光から成る画像と第２の偏光光から成る画像を同時に単一の投影レンズに導き、スクリーン上に投影表示させることを特徴としている。以下、本発明の一実施形態の画像投影表示装置について、実施形態５を用いて説明する。
【００７２】
〔実施形態５〕
本実施形態の画像投影表示装置を図８に示す。１３００は、本実施形態の画像投影表示装置である。１３０１は、ハロゲンランプやキセノンランプなどの白色光源である。１３０２は、光源光の整形のためのロッドレンズである。１３０３は、少なくとも３原色のカラーフィルターを有するカラーホイールである。１３０４は、上記本発明の一実施形態の光偏向アレーである。１３０５は、その光偏向アレーを構成する個々の光偏向装置の光偏向方向を制御する制御チップである。１３０６は、光吸収板である。１３０７は、投影レンズである。１３０８は、スクリーンである。
【００７３】
本実施形態の画像投影表示装置１３００に用いられる光偏向アレー１３０４は、例として、実施形態４に記載の光偏向アレーであるとする。この光偏向アレーを構成する光偏向装置は、ワイヤグリッド型偏光素子を具備する１軸２次元の光偏向動作を行う光偏向装置である。すなわち、１方向から入射した入射光は、ワイヤグリッド型偏光素子において、第１の偏光光（又は第２の偏光光）と反射光Lrに分離される。なお、反射光Lrは光吸収板１３０６に吸収されるように、光吸収板１３０６が配置されている。第１の偏光光又は第２の偏光光は、光偏向アレー１３０４を構成する個々の光偏向装置の板状部材１０４に向けて入射される。
【００７４】
本実施形態の画像投影表示装置の光学システムを簡単に説明すると、光源１３０１からの白色光がロッドレンズ１３０２を通過して整形され、カラーホイール１３０３に入射する。カラーホイールを通過する光源光は、時間順次に赤青緑の色を有する光Lとなる。該光Lが光偏向アレー１３０４を照明する。光Lは、ワイヤグリッド型偏光素子において不要な反射光Lrと第１の偏光光（又は第２の偏光光）に分離され、第１の偏光光及び第２の偏光光が板状部材１０４への入射光となる。光偏向アレー１３０４を構成する個々の光偏向装置は、第１の偏光光により形成される画像情報及び第２の偏光光により形成される画像情報に応じて、板状部材１０４が方向を変えることにより、入射光を目的の方向（ON方向）と目的以外の方向（OFF方向）へ光偏向する。目的方向、例えばアレー面と垂直方向に反射された反射光Lonは投影レンズ１３０７に導かれ、投影レンズを通過してスクリーン１３０８上に投影される。目的以外の方向へ反射された光Loffは、ワイヤグリッド型偏光素子における反射光同様に、光吸収板で吸収される。
【００７５】
以上のような構成とすることにより、光偏向アレー１３０４からの反射光による第１の偏光光から成る画像と第２の偏光光から成る画像を同時に単一の投影レンズ１３０７に導き、スクリーン１３０８上に時間順次に投影表示させることができる。例えば、左右の眼に対応する部分に異なる偏光フィルタを取り付けた偏光メガネを用いて画像を鑑賞すると、特に視差画像を構成する第１の偏光光から成る画像と第２の偏光光から成る画像の場合は、立体画像として視ることが出来る。なお、スクリーン１３０８としては、投影された偏光状態を維持して上記第１の偏光光から成る画像と第２の偏光光から成る画像を表示可能なスクリーンであることが好ましい。これにより、投影した偏光状態が維持され、当該偏光状態に応じた画像を視認できる。例えば、金属面反射スクリーン（金属面に微細な凹凸を形成したもの）を用いるなどがこれに当たる。
【００７６】
以上本発明の各実施形態について説明してきたが、以下に、本発明の各実施形態によって得られる効果について説明する。
【００７７】
本実施形態の光偏向装置においては、ストッパと同一部材で又はストッパ上部に接続してワイヤグリッド型の偏光素子を具備しているので、ワイヤと平行な入射光をワイヤグリッド型偏光素子で反射させ、ワイヤと垂直な入射光のみを板状部材に入射させることができるので、特許文献１や特許文献２に開示されているような光源光の偏光を、ミラーである板状部材に入射する直前で行うことが出来、かつ特許文献２にみられるような位置調整を行うことなく、かつ光偏向装置ごとに任意に行うことが出来る。さらに、入射光は光偏向装置内で吸収されずに不要光として反射されるかＯＮ方向（投影レンズに導かれる画像表示のための目的の方向）又はＯＦＦ方向に反射されるので、特許文献３にみられるような発熱によるミラー品質の劣化もなくすことが出来る。すなわち、本実施形態の光偏向装置においては、特許文献３でみられる透過光により発熱することなく、画素に応じて第１の偏光光又は第２の偏光光を投影レンズへ導くことができる。
【００７８】
本実施形態の光偏向アレーにおいては、第１の偏光光にて構成された反射光による画像と、第２の偏光光にて構成された反射光による画像を単一の光偏向アレーにて時間にずれなく同時に生成することができる。このため、第１の偏光光にて構成された反射光による画像と、第２の偏光光にて構成された反射光による画像は容易に１個の投影レンズに導くことができる。又、第１の偏光光による画像と第２の偏光光による画像を時系列的に投影する必要がないので、光偏向アレーの駆動周波数を低減することができる。すなわち、本実施形態の光偏向アレーにおいては、１個の光偏向アレーで第１の偏光光による画像と第２の偏光光による画像を同時に１個の投影レンズに導くことができる。
【００７９】
本実施形態の画像投影表示装置においては、偏光光のスクリーン投射位置の調整などが不要になり、装置の調整作業が容易になる。また、装置内に、別途偏光カラーホイールなどの偏光機構を設けることなく、１個の光偏向アレーと１個の投影レンズで第１の偏光光による画像と第２の偏光光による画像を同時に投影表示できるので、小型で軽量かつ安価な立体画像投影表示装置を提供することができる。すなわち、本実施形態の画像投影表示装置においては、偏向カラーホイールやホログラフィック偏光ビームスプリッタ等の偏向機構を別途設ける必要なく、１個の投影レンズで立体画像を投影表示できるので、安価な偏向メガネを用いた、小型でかつ安価な立体画像の画像投影表示装置を提供できる。
【００８０】
なお、本発明は、上記各実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の変形が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００８１】
本発明は、投影プロジェクタやデジタルシアターシステム、リアプロジェクションテレビ等の画像投影表示装置に関し、特に偏光メガネを用いて立体画像を投影表示させる立体画像投影表示装置に適用できる。
【符号の説明】
【００８２】
１０１ 基板
１０２、５０１ 規制部材
１０３ 支点部材
１０４ 板状部材
１０５ 電極
１０６ 接触部位
６０１、９０１ ワイヤグリッド型偏光素子
６０２、９０５ ストッパ
６０３、９０３ 開口部
７０１ 透明な基材
７０２ 帯状の金属層
７０３ 無偏光な光
７０３、７０４、７０５ 光
８０１ 第一の犠牲層
８０２ 第二の犠牲層
８０３、１００２ 開口部
９０２ 透明平板
９０４ 接続ポスト
１００１ 第三の犠牲層
１１０１、１１０２ 光偏光装置群
１１０３、１３０３ カラーホイール
１１０４、１３０４ 光偏向アレー
１１０５、１３０５ 制御チップ
１１０６、１３０６ 光吸収板
１１０７、１３０７ 投影レンズ
１２０１、１３０１ 白色光源
１２０２、１３０２ ロッドレンズ
１３０８ スクリーン
１３００、１４０１ 画像投影表示装置
【先行技術文献】
【特許文献】
【００８３】
【特許文献１】特開平１０−１５３７５５号公報
【特許文献２】特許第２９９９９５３号公報
【特許文献３】特開２００６−５８３３９号公報
【特許文献４】特許第４３０７８１３号公報
【特許文献５】特開２００５−２０２２５７号公報
【特許文献６】特開２００６−１３３３９４号公報
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、複数の規制部材と、支点部材と、板状部材と、複数の電極とを有しており、前記複数の規制部材はそれぞれ上部にストッパを有し、前記基板の複数の端部にそれぞれ設けられており、前記支点部材は頂部を有して前記基板の上面に設けられており、前記板状部材は光反射領域を有し、かつ固定端を持たず、かつ少なくとも一部に導電性を有する部材からなる導電体層を有し、かつ前記基板と前記支点部材と前記ストッパの間の空間内で可動的に配置されており、前記複数の電極は前記基板上にそれぞれ設けられ、前記板状部材の前記導電体層とほぼ対向している構成を有しており、前記板状部材が前記支点部材を中心として静電引力により傾斜変位することにより、前記光反射領域に入射する光が反射方向を変えて光偏向する光偏向装置において、
前記ストッパ上に直接又は前記ストッパ上部に立体的に接続して偏光素子を具備し、かつ前記偏光素子がワイヤグリッド型偏光素子であることを特徴とする光偏向装置。
【請求項２】
前記ワイヤグリッド型偏光素子は、帯状の金属層を複数平行に配列させたグリッド構造を有しており、
前記グリッド構造により、入射光において、電磁波としての振動方向が帯の伸長方向と平行な光は反射し、入射光の電磁波としての振動方向が帯の伸長方向と垂直な光は透過することを特徴とする請求項１記載の光偏向装置。
【請求項３】
前記帯状の金属層の幅は、入射光の波長に依存して良好に偏光ができる幅で決定され、入射光が３００〜８００nmの可視光の場合は１００nm以下とすることを特徴とする請求項２記載の光偏向装置。
【請求項４】
前記ストッパは、前記光偏向装置全面をほぼ覆う形で平板状に構成されており、
前記光偏向装置の角部には開口部が形成されており、前記開口部は、前記板状部材の上下面に構成されていた犠牲層をエッチング除去するときのエッチング種を導入するための窓として機能することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の光偏向装置。
【請求項５】
前記ストッパは、ブリッジ状に構成されており、
前記ストッパには柱状の接続ポストを介して透明平板が接続されており、
前記透明平板は、前記光偏向装置全面をほぼ覆う形で平板状に構成されており、
前記光偏向装置の角部には開口部が形成されており、前記開口部は、前記板状部材の上下面及び前記ストッパ上部に構成されていた犠牲層をエッチング除去するときのエッチング種を導入するための窓として機能することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の光偏向装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１項に記載の光偏向装置を複数１次元又は２次元アレー状に配置した光偏向アレーであり、かつ、第１の偏光が可能なワイヤグリッド型偏光素子を具備する光偏向装置と、第２の偏光が可能なワイヤグリッド型偏光素子を具備する光偏向装置とが交互に配置されていることを特徴とする光偏向アレー。
【請求項７】
請求項６記載の光偏向アレーを有し、かつ、少なくとも前記光偏向アレーを照明する光源及び前記光偏向アレーからの反射光を投影する投影レンズを有し、前記光偏向アレーからの反射光による第１の偏光光から成る画像と第２の偏光光から成る画像を同時に単一の投影レンズに導き、スクリーン上に投影表示させることを特徴とする画像投影表示装置。
【請求項１】
基板と、複数の規制部材と、支点部材と、板状部材と、複数の電極とを有しており、前記複数の規制部材はそれぞれ上部にストッパを有し、前記基板の複数の端部にそれぞれ設けられており、前記支点部材は頂部を有して前記基板の上面に設けられており、前記板状部材は光反射領域を有し、かつ固定端を持たず、かつ少なくとも一部に導電性を有する部材からなる導電体層を有し、かつ前記基板と前記支点部材と前記ストッパの間の空間内で可動的に配置されており、前記複数の電極は前記基板上にそれぞれ設けられ、前記板状部材の前記導電体層とほぼ対向している構成を有しており、前記板状部材が前記支点部材を中心として静電引力により傾斜変位することにより、前記光反射領域に入射する光が反射方向を変えて光偏向する光偏向装置において、
前記ストッパ上に直接又は前記ストッパ上部に立体的に接続して偏光素子を具備し、かつ前記偏光素子がワイヤグリッド型偏光素子であることを特徴とする光偏向装置。
【請求項２】
前記ワイヤグリッド型偏光素子は、帯状の金属層を複数平行に配列させたグリッド構造を有しており、
前記グリッド構造により、入射光において、電磁波としての振動方向が帯の伸長方向と平行な光は反射し、入射光の電磁波としての振動方向が帯の伸長方向と垂直な光は透過することを特徴とする請求項１記載の光偏向装置。
【請求項３】
前記帯状の金属層の幅は、入射光の波長に依存して良好に偏光ができる幅で決定され、入射光が３００〜８００nmの可視光の場合は１００nm以下とすることを特徴とする請求項２記載の光偏向装置。
【請求項４】
前記ストッパは、前記光偏向装置全面をほぼ覆う形で平板状に構成されており、
前記光偏向装置の角部には開口部が形成されており、前記開口部は、前記板状部材の上下面に構成されていた犠牲層をエッチング除去するときのエッチング種を導入するための窓として機能することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の光偏向装置。
【請求項５】
前記ストッパは、ブリッジ状に構成されており、
前記ストッパには柱状の接続ポストを介して透明平板が接続されており、
前記透明平板は、前記光偏向装置全面をほぼ覆う形で平板状に構成されており、
前記光偏向装置の角部には開口部が形成されており、前記開口部は、前記板状部材の上下面及び前記ストッパ上部に構成されていた犠牲層をエッチング除去するときのエッチング種を導入するための窓として機能することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の光偏向装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１項に記載の光偏向装置を複数１次元又は２次元アレー状に配置した光偏向アレーであり、かつ、第１の偏光が可能なワイヤグリッド型偏光素子を具備する光偏向装置と、第２の偏光が可能なワイヤグリッド型偏光素子を具備する光偏向装置とが交互に配置されていることを特徴とする光偏向アレー。
【請求項７】
請求項６記載の光偏向アレーを有し、かつ、少なくとも前記光偏向アレーを照明する光源及び前記光偏向アレーからの反射光を投影する投影レンズを有し、前記光偏向アレーからの反射光による第１の偏光光から成る画像と第２の偏光光から成る画像を同時に単一の投影レンズに導き、スクリーン上に投影表示させることを特徴とする画像投影表示装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１１−１３３５３０（Ｐ２０１１−１３３５３０Ａ）
【公開日】平成２３年７月７日（２０１１．７．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２９０３２６（Ｐ２００９−２９０３２６）
【出願日】平成２１年１２月２２日（２００９．１２．２２）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年７月７日（２０１１．７．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１２月２２日（２００９．１２．２２）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【Ｆターム（参考）】
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