光変調装置及びプロジェクター
【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】光変調部８０Ａは、光変調部に画像を構成する画素毎に設けられている。光変調装置は、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。光変調部８０Ａは、入射した光束を集光するマイクロレンズと、マイクロレンズにより集光された光束を通過させる第１の位置、または、マイクロレンズにより集光され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圧電素子８５Ａとを備える。
【解決手段】光変調部８０Ａは、光変調部に画像を構成する画素毎に設けられている。光変調装置は、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。光変調部８０Ａは、入射した光束を集光するマイクロレンズと、マイクロレンズにより集光された光束を通過させる第１の位置、または、マイクロレンズにより集光され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圧電素子８５Ａとを備える。
【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するため、その反射時に入射した光束の一部が微小なミラーにて吸収されてしまう。
すなわち、微小なミラーに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、入射した光束を画像情報に応じて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光変調部がそれぞれ設けられ、前記光変調部は、入射した光束を集光する集光レンズと、前記集光レンズにより集光された光束を通過させる第１の位置、または、前記集光レンズにより集光され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有する光変調部が画素毎にそれぞれ設けられている。そして、光変調装置は、各駆動手段により各シャッターを第１の位置または第２の位置に位置付けて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、長寿命化が図り易い。
また、光変調にシャッターを用いるため、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。
さらに、光変調部は、入射した光束を集光レンズで集光し、集光された光束の通過または遮断をシャッターにて切り替えるので、シャッターを小型化することができ、さらに集光レンズを用い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。
【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、前記シャッターの周端部に力を加えることで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の周端部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は、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光変調部がそれぞれ設けられ、前記光変調部は、入射した光束を通過させる開口部を有する遮蔽部材と、前記開口部を開放する第１の位置、または、前記開口部を閉塞する第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ることを特徴とする。
【００１０】
本発明では、光変調装置は、シャッター及び駆動手段を有する光変調部が画素毎にそれぞれ設けられている。そして、光変調装置は、各駆動手段により各シャッターを第１の位置または第２の位置に位置付けて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、上記同様に、光変調装置の長寿命化が図り易く、かつ、光の利用効率を向上できる。
【００１１】
本発明の光変調装置では、前記光変調部は、入射した光束を前記開口部に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、光変調部は、入射した光束を集光レンズで開口部に集光し、集光された光束の通過または遮断をシャッターにて切り替えるので、遮蔽部材（開口部を除く部位）にて遮られる光束の割合を低減させ、開口率を向上させることができ、光の利用効率をさらに向上させることができる。
【００１２】
本発明の光変調装置では、前記シャッターにおける光入射側の端面は、入射した光束を反射させる反射面とされていることが好ましい。
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で反射されるため、シャッターの温度上昇を抑制できる。
【００１３】
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】
【００１４】
【図１】第１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平面図。
【図２】本実施形態における光変調装置を模試的に示す平面図。
【図３】本実施形態の光変調部を説明するための平面図。
【図４】本実施形態の光変調部を説明するための側面図。
【図５】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６】第２実施形態における光変調装置を模式的に示す図。
【図７】本実施形態の光変調部を説明するための平面図。
【図８】本実施形態の光変調部を説明するための上面図。
【図９】各実施形態における駆動手段の変形例を説明するための図。
【図１０】各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１１】変形例におけるカラーホイールの構造を表す正面図。
【図１２】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】
【００１５】
[第１実施形態]
以下、本発明の第１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平面図である。
プロジェクター１は、光源から出射された光束を画像情報に応じて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。
【００１６】
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にて画像情報に応じ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。
【００１７】
〔光変調装置の構成〕
図２は、光変調装置８Ｒを模式的に示す平面図である。具体的に、図２は、光変調装置８Ｒの光束の入射側を部分的に平面視したものである。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及び以下の図３では、説明を容易とするため、後述する図４に示すマイクロレンズ８６，８７は図示を省略している。
【００１８】
光変調装置８Ｒは、図２に示すように、複数の光変調部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。
支持部材８１は、光を透過させるガラス等の透光性材料で構成されている。
この支持部材８１において、具体的な図示は省略したが、光入射側の端面には、複数の走査線８２、複数の信号線８３、及び複数の光変調部８０Ａを構成する後述する回路基板８４等を覆う格子形状を有し、各部材８２，８３，８４等に光束が照射されることを防止する遮光膜が形成されている。
複数の走査線８２は、支持部材８１の光出射側の端面において、行方向に延びるようにそれぞれ形成され、列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、後述する各回路基板８４に供給する。
複数の信号線８３は、支持部材８１の光出射側の端面において、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から出力される駆動信号を各回路基板８４に供給する。
【００１９】
光変調部８０Ａは、画像を構成する画素毎にそれぞれ設けられている。光変調部８０Ａは、走査線８２及び信号線８３の各交差部に対応して行列状（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個の光変調部８０Ａを備える。
【００２０】
図３及び図４は、光変調部８０Ａを説明するための図である。具体的に、図３は光変調部８０Ａの正面図であり、図４は光変調部８０Ａの側面図である。なお、図４では、走査線８２及び信号線８３を省略している。
光変調部８０Ａは、図２ないし図４に示すように、回路基板８４、圧電素子８５Ａ、マイクロレンズ８６，８７（図４）及びシャッター８８を備えている。
【００２１】
回路基板８４は、支持部材８１の光射出側の端面に設けられ、スイッチング素子（図示略）等を備える。そして、このスイッチング素子を介して、前述した駆動信号を圧電素子８５Ａに供給し、圧電素子８５Ａに駆動電圧を印加可能に構成されている。なお、このスイッチング素子は、前述した制御信号に応じて導通状態と非導通状態とを切り替える。すなわち、圧電素子８５Ａの駆動（圧電素子８５Ａへの駆動電圧の印加）は、制御装置１１により制御される。
駆動手段としての圧電素子８５Ａは、回路基板８４による電圧の印加状態に応じて伸縮する。この圧電素子８５Ａは、伸縮方向の一端が回路基板８４に支持される。
【００２２】
集光レンズとしての第１のマイクロレンズ８６は、支持部材８１の光入射側に配設され、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４）に集光する。
第２のマイクロレンズ８７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８７は、焦点位置が第１のマイクロレンズ８６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８７は、第１のマイクロレンズ８６が集光した光束を略平行光として出射する。
【００２３】
シャッター８８は、図３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円形状の開口部８８Ａを有する。そして、シャッター８８は、その略中心位置が支持部材８１の光出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。
また、シャッター８８の光入射側の端面８８Ｂ（図４）は、反射面とされている。具体的に、この反射面は、端面８８Ｂ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される。
そして、前述した圧電素子８５Ａの伸縮方向の他端は、シャッター８８の周端部８８Ｃに接続されている。すなわち、シャッター８８は、圧電素子８５Ａの伸縮により周端部８８Ｃに力が加えられることで、回転軸８１Ａを中心として回転することとなる。
なお、本実施形態では、圧電素子８５Ａの伸縮に応じたシャッター８８の回転位置は、以下に示す位置となるように設定されている。
【００２４】
すなわち、シャッター８８は、圧電素子８５Ａが縮んだ状態では、図３（Ａ）または図４（Ａ）に示すように、開口部８８Ａが第１のマイクロレンズ８６の焦点位置Ｐに重なり、第１のマイクロレンズ８６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を介して通過した光束は、第２のマイクロレンズ８７に入射し、第２のマイクロレンズ８７で平行化されてプリズム８Ｃに出射される。
また、シャッター８８は、圧電素子８５Ａが伸びた状態では、図３（Ｂ）または図４（Ｂ）に示すように、開口部８８Ａが第１のマイクロレンズ８６の焦点位置Ｐに重ならず、第１のマイクロレンズ８６に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、シャッター８８（開口部８８Ａを除く部位）にて遮断された光束は、端面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、以下のように画像の階調を制御して光変調を行う。なお、以下の制御は、制御装置１１が、圧電素子８５Ａの駆動を制御すること、すなわちシャッター８８の位置を制御することで行う。
【００２５】
図５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５（Ａ）は、赤色光の階調を１００％に制御する場合を示し、図５（Ｂ）は、赤色光の階調を５０％に制御している場合を示し、図５（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５（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。シャッター８８は、「ＯＮ」の場合には、第１の位置に位置し、「ＯＦＦ」の場合には、第２の位置に位置する。
図５（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５（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５（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。
【００２６】
上述した第１実施形態では、以下の効果がある。
本実施形態では、光変調装置８Ｒ，８Ｇ，８Ｂは、シャッター８８及び圧電素子８５Ａを有する光変調部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、各圧電素子８５Ａにより各シャッター８８を第１の位置または第２の位置に位置付けて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。
【００２７】
圧電素子８５Ａでシャッター８８が第１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を通過する。圧電素子８５Ａでシャッター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。
【００２８】
また、光変調部８０Ａは、入射した光束をマイクロレンズ８６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にて切り替えるので、シャッター８８を小型化することができ、さらにマイクロレンズ８６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８６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。
【００２９】
光変調装置８Ｒ，８Ｇ，８Ｂでは、シャッター８８は、開口部８８Ａを有し、開口部８８Ａの開口方向に沿う回転軸８１Ａを中心として回転可能に構成され、圧電素子８５Ａがシャッター８８の周端部８８Ｃに力を加えることでシャッター８８を回転させ、開口部８８Ａを介して光束を通過させる第１の位置、または、開口部８８Ａを除く部位にて光束を遮断する第２の位置に移動させる。このため、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８８を移動させることができる。
【００３０】
光変調装置８Ｒ，８Ｇ，８Ｂでは、シャッター８８における光入射側の端面８８Ｂは、入射した光束を反射させる反射面とされている。これにより、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端面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、端面８８Ｂで反射された光束を再利用することができ、光の利用効率をさらに向上できる。
【００３１】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態を図面に基づいて説明する。
以下の説明では、前記第１実施形態と同様の構造および同一部材には同一符号を付して、その詳細な説明は省略または簡略化する。
【００３２】
〔光変調装置の構成〕
図６は、光変調装置８Ｒを模式的に示す平面図である。なお、前記第１実施形態と同様、ここでは、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６及び以下の図７では、説明を容易とするため、図８に示すマイクロレンズ８６，８７は図示を省略している。
図６に示すように、本実施形態の光変調装置８Ｒは、前記第１実施形態の光変調部８０Ａを光変調部８０Ｂで構成している。
【００３３】
図７及び図８は、光変調部８０Ｂを説明するための図である。具体的に、図７は光変調部８０Ｂの正面図であり、図８は光変調部８０Ｂの上面図である。
光変調部８０Ｂは、図６ないし図８に示すように、回路基板８４、圧電素子８５Ａ、マイクロレンズ８６，８７（図８）、シャッター８８Ｅ及び遮蔽部材８９を備えている。
なお、遮蔽部材８９は、マイクロレンズ８６，８７間に配置され、図６に示すように、各光変調部８０Ｂで共通する１つの部材で構成されている。そして、遮蔽部材８９は、各々の光変調部８０Ｂに対応する位置に開口部８９Ａを備えている。具体的に、遮蔽部材８９は、開口部８９Ａ以外の部位は、光を透過しない構成とされている。
【００３４】
シャッター８８Ｅは、開口部８９Ａに対して開閉可能となるように遮蔽部材８９の光束の出射側に支持されている。具体的に、シャッター８８Ｅは、開口部８９Ａよりもやや大きく構成され、遮蔽部材８９にスライド可能に支持されている。シャッター８８Ｅの光入射側の端面８８Ｆ（図８）は、第１実施形態のシャッター８８と同様に反射面とされている。なお、シャッター８８Ｅは圧電素子８５Ａの伸縮によって移動可能とされている。
圧電素子８５Ａは、その伸縮方向がシャッター８８Ｅのスライド方向と一致するように、一端が回路基板８４に支持され、他端がシャッター８８Ｅに支持されている。
なお、本実施形態では、圧電素子８５Ａの伸縮に応じたシャッター８８Ｅの位置は、以下に示す位置となるように設定されている。
【００３５】
すなわち、シャッター８８Ｅは、圧電素子８５Ａが縮んだ状態では、図７（Ａ）または図８（Ａ）に示すように、開口部８９Ａがシャッター８８Ｅで塞がれずに開放され、マイクロレンズ８６にて集光された光束を、開口部８９Ａ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８９Ａを介して通過した光束は、マイクロレンズ８７に入射し、第２のマイクロレンズ８７で平行化されてプリズム８Ｃに出射される。
また、シャッター８８Ｅは、圧電素子８５Ａが伸びた状態では、図７（Ｂ）または図８（Ｂ）に示すように、開口部８９Ａがシャッター８８Ｅで閉塞され、マイクロレンズ８６に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、シャッター８８Ｅにて遮断された光束は、端面８８Ｆで反射され、フィールドレンズ８Ａ側に戻される。
なお、階調制御については前述した第１実施形態と同様である。
【００３６】
上述した第２実施形態においては、前述した第１実施形態と同様の効果を得られる。
本実施形態では、光変調装置８Ｒ，８Ｇ，８Ｂは、シャッター８８Ｅ及び圧電素子８５Ａを有する光変調部８０Ｂ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、各圧電素子８５Ａにより各シャッター８８Ｅを第１の位置または第２の位置に位置付けて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、第１実施形態と同様に、光変調装置８Ｒ，８Ｇ，８Ｂの長寿命化が図り易く、かつ、光の利用効率を向上できる。
【００３７】
また、光変調部８０Ｂは、入射した光束をマイクロレンズ８６で開口部８９Ａに集光し、集光された光束の通過または遮断をシャッター８８Ｅにて切り替えるので、遮蔽部材８９（開口部８９Ａを除く部位）にて遮られる光束の割合を低減させ、開口率を向上させることができ、光の利用効率をさらに向上させることができる。
【００３８】
光変調装置８Ｒ，８Ｇ，８Ｂでは、シャッター８８Ｅにおける光入射側の端面８８Ｆは、入射した光束を反射させる反射面とされている。これにより、シャッター８８Ｅが第２の位置に位置付けられた際に、シャッター８８Ｅで遮断された光束は端面８８Ｆで反射されるため、シャッター８８Ｅの温度上昇を抑制できる。また、端面８８Ｆで反射された光束を再利用することができ、光の利用効率をさらに向上できる。
【００３９】
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。
前記各実施形態における、シャッター（シャッター８８，８８Ｅ）及び開口部（開口部８８Ａ，８９Ａ）等の形状、位置は、図示したものに限定されず、種々の変形が可能である。
前記各実施形態では、シャッターの端面（端面８８Ｂ，８８Ｆ）の反射面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。
【００４０】
前記各実施形態では、駆動手段として、面方向に伸縮する圧電素子８５Ａを用いて説明したが、これに限らない。各実施形態のシャッターの位置を移動可能であるならば、様々な圧電素子を用いることができる。また、各実施形態における圧電素子８５Ａの支持構成は、シャッターを移動させることができればよく、特に限定されない。さらに、各実施形態のシャッターは、圧電素子８５Ａで直接動かすことに限らない。
【００４１】
図９は、各実施形態における駆動手段の変形例を説明するための図である。
圧電素子８５Ｂは、厚み方向に撓むように変位する。この厚み方向の伸縮を利用してシャッターを動かす場合、図９（Ａ）に示すように、圧電素子８５Ｂに長尺部材８５Ｃの一端を取り付け、その他端をシャッターで支持するように構成する。そして、その長尺部材８５Ｃの圧電素子８５Ｂに近い位置に支点８５Ｄを設けることで、図９（Ｂ）に示すように、圧電素子８５Ｂの変位量Ｘよりも大きな変位量Ｙを得ることができる。
なお、駆動手段は、シャッターを動かすことができるのであれば、圧電素子によるものに限ったものではない。例えば、磁石による磁力を利用するものであってもよい。
【００４２】
図１０は、各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である。
前記各実施形態では、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１０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。
【００４３】
カラーホイール１３は、図１１（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１０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。
【００４４】
図１２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８８Ｅ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。
【００４５】
前記第１実施形態では、マイクロレンズ８６，８７間の光束の入射側に支持部材８１を配置し、出射側にシャッター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。
前記第１実施形態では、回転軸８１Ａを用いてシャッター８８を回転させる構成としたが、これに限らず、支持部材８１にシャッター８８を嵌め込む凹部を設け、当該凹部にシャッター８８を嵌め込み回転可能に保持する構成等であってもよい。
前記第１実施形態では、支持部材８１に回路基板８４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８６，８７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。
【００４６】
前記第２実施形態では、マイクロレンズ８６，８７間の光束の入射側に遮蔽部材８９を配置し、出射側にシャッター８８Ｅ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。
前記第２実施形態では、マイクロレンズ８６，８７を用いたが、これに限らず、マイクロレンズ８６，８７を省略してもよい。マイクロレンズ８６，８７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。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
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】
【００４８】
１・・・プロジェクター、４・・・光源装置、８Ｄ，８Ｒ，８Ｇ，８Ｂ・・・光変調装置、８０Ａ,８０Ｂ・・・光変調部、８１Ａ・・・回転軸、８５Ａ，８５Ｂ・・・圧電素子、８６・・・マイクロレンズ、８８，８８Ｅ・・・シャッター、８８Ａ，８９Ａ・・・開口部、８８Ｃ・・・周端部、８８Ｂ，８８Ｆ・・・端面、８９・・・遮蔽部材。
【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するため、その反射時に入射した光束の一部が微小なミラーにて吸収されてしまう。
すなわち、微小なミラーに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、入射した光束を画像情報に応じて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光変調部がそれぞれ設けられ、前記光変調部は、入射した光束を集光する集光レンズと、前記集光レンズにより集光された光束を通過させる第１の位置、または、前記集光レンズにより集光され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有する光変調部が画素毎にそれぞれ設けられている。そして、光変調装置は、各駆動手段により各シャッターを第１の位置または第２の位置に位置付けて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、長寿命化が図り易い。
また、光変調にシャッターを用いるため、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。
さらに、光変調部は、入射した光束を集光レンズで集光し、集光された光束の通過または遮断をシャッターにて切り替えるので、シャッターを小型化することができ、さらに集光レンズを用い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。
【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、前記シャッターの周端部に力を加えることで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の周端部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は、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光変調部がそれぞれ設けられ、前記光変調部は、入射した光束を通過させる開口部を有する遮蔽部材と、前記開口部を開放する第１の位置、または、前記開口部を閉塞する第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ることを特徴とする。
【００１０】
本発明では、光変調装置は、シャッター及び駆動手段を有する光変調部が画素毎にそれぞれ設けられている。そして、光変調装置は、各駆動手段により各シャッターを第１の位置または第２の位置に位置付けて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、上記同様に、光変調装置の長寿命化が図り易く、かつ、光の利用効率を向上できる。
【００１１】
本発明の光変調装置では、前記光変調部は、入射した光束を前記開口部に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、光変調部は、入射した光束を集光レンズで開口部に集光し、集光された光束の通過または遮断をシャッターにて切り替えるので、遮蔽部材（開口部を除く部位）にて遮られる光束の割合を低減させ、開口率を向上させることができ、光の利用効率をさらに向上させることができる。
【００１２】
本発明の光変調装置では、前記シャッターにおける光入射側の端面は、入射した光束を反射させる反射面とされていることが好ましい。
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で反射されるため、シャッターの温度上昇を抑制できる。
【００１３】
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】
【００１４】
【図１】第１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平面図。
【図２】本実施形態における光変調装置を模試的に示す平面図。
【図３】本実施形態の光変調部を説明するための平面図。
【図４】本実施形態の光変調部を説明するための側面図。
【図５】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６】第２実施形態における光変調装置を模式的に示す図。
【図７】本実施形態の光変調部を説明するための平面図。
【図８】本実施形態の光変調部を説明するための上面図。
【図９】各実施形態における駆動手段の変形例を説明するための図。
【図１０】各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１１】変形例におけるカラーホイールの構造を表す正面図。
【図１２】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】
【００１５】
[第１実施形態]
以下、本発明の第１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平面図である。
プロジェクター１は、光源から出射された光束を画像情報に応じて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。
【００１６】
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にて画像情報に応じ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。
【００１７】
〔光変調装置の構成〕
図２は、光変調装置８Ｒを模式的に示す平面図である。具体的に、図２は、光変調装置８Ｒの光束の入射側を部分的に平面視したものである。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及び以下の図３では、説明を容易とするため、後述する図４に示すマイクロレンズ８６，８７は図示を省略している。
【００１８】
光変調装置８Ｒは、図２に示すように、複数の光変調部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。
支持部材８１は、光を透過させるガラス等の透光性材料で構成されている。
この支持部材８１において、具体的な図示は省略したが、光入射側の端面には、複数の走査線８２、複数の信号線８３、及び複数の光変調部８０Ａを構成する後述する回路基板８４等を覆う格子形状を有し、各部材８２，８３，８４等に光束が照射されることを防止する遮光膜が形成されている。
複数の走査線８２は、支持部材８１の光出射側の端面において、行方向に延びるようにそれぞれ形成され、列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、後述する各回路基板８４に供給する。
複数の信号線８３は、支持部材８１の光出射側の端面において、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から出力される駆動信号を各回路基板８４に供給する。
【００１９】
光変調部８０Ａは、画像を構成する画素毎にそれぞれ設けられている。光変調部８０Ａは、走査線８２及び信号線８３の各交差部に対応して行列状（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個の光変調部８０Ａを備える。
【００２０】
図３及び図４は、光変調部８０Ａを説明するための図である。具体的に、図３は光変調部８０Ａの正面図であり、図４は光変調部８０Ａの側面図である。なお、図４では、走査線８２及び信号線８３を省略している。
光変調部８０Ａは、図２ないし図４に示すように、回路基板８４、圧電素子８５Ａ、マイクロレンズ８６，８７（図４）及びシャッター８８を備えている。
【００２１】
回路基板８４は、支持部材８１の光射出側の端面に設けられ、スイッチング素子（図示略）等を備える。そして、このスイッチング素子を介して、前述した駆動信号を圧電素子８５Ａに供給し、圧電素子８５Ａに駆動電圧を印加可能に構成されている。なお、このスイッチング素子は、前述した制御信号に応じて導通状態と非導通状態とを切り替える。すなわち、圧電素子８５Ａの駆動（圧電素子８５Ａへの駆動電圧の印加）は、制御装置１１により制御される。
駆動手段としての圧電素子８５Ａは、回路基板８４による電圧の印加状態に応じて伸縮する。この圧電素子８５Ａは、伸縮方向の一端が回路基板８４に支持される。
【００２２】
集光レンズとしての第１のマイクロレンズ８６は、支持部材８１の光入射側に配設され、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４）に集光する。
第２のマイクロレンズ８７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８７は、焦点位置が第１のマイクロレンズ８６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８７は、第１のマイクロレンズ８６が集光した光束を略平行光として出射する。
【００２３】
シャッター８８は、図３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円形状の開口部８８Ａを有する。そして、シャッター８８は、その略中心位置が支持部材８１の光出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。
また、シャッター８８の光入射側の端面８８Ｂ（図４）は、反射面とされている。具体的に、この反射面は、端面８８Ｂ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される。
そして、前述した圧電素子８５Ａの伸縮方向の他端は、シャッター８８の周端部８８Ｃに接続されている。すなわち、シャッター８８は、圧電素子８５Ａの伸縮により周端部８８Ｃに力が加えられることで、回転軸８１Ａを中心として回転することとなる。
なお、本実施形態では、圧電素子８５Ａの伸縮に応じたシャッター８８の回転位置は、以下に示す位置となるように設定されている。
【００２４】
すなわち、シャッター８８は、圧電素子８５Ａが縮んだ状態では、図３（Ａ）または図４（Ａ）に示すように、開口部８８Ａが第１のマイクロレンズ８６の焦点位置Ｐに重なり、第１のマイクロレンズ８６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を介して通過した光束は、第２のマイクロレンズ８７に入射し、第２のマイクロレンズ８７で平行化されてプリズム８Ｃに出射される。
また、シャッター８８は、圧電素子８５Ａが伸びた状態では、図３（Ｂ）または図４（Ｂ）に示すように、開口部８８Ａが第１のマイクロレンズ８６の焦点位置Ｐに重ならず、第１のマイクロレンズ８６に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、シャッター８８（開口部８８Ａを除く部位）にて遮断された光束は、端面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、以下のように画像の階調を制御して光変調を行う。なお、以下の制御は、制御装置１１が、圧電素子８５Ａの駆動を制御すること、すなわちシャッター８８の位置を制御することで行う。
【００２５】
図５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５（Ａ）は、赤色光の階調を１００％に制御する場合を示し、図５（Ｂ）は、赤色光の階調を５０％に制御している場合を示し、図５（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５（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。シャッター８８は、「ＯＮ」の場合には、第１の位置に位置し、「ＯＦＦ」の場合には、第２の位置に位置する。
図５（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５（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５（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。
【００２６】
上述した第１実施形態では、以下の効果がある。
本実施形態では、光変調装置８Ｒ，８Ｇ，８Ｂは、シャッター８８及び圧電素子８５Ａを有する光変調部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、各圧電素子８５Ａにより各シャッター８８を第１の位置または第２の位置に位置付けて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。
【００２７】
圧電素子８５Ａでシャッター８８が第１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を通過する。圧電素子８５Ａでシャッター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。
【００２８】
また、光変調部８０Ａは、入射した光束をマイクロレンズ８６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にて切り替えるので、シャッター８８を小型化することができ、さらにマイクロレンズ８６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８６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。
【００２９】
光変調装置８Ｒ，８Ｇ，８Ｂでは、シャッター８８は、開口部８８Ａを有し、開口部８８Ａの開口方向に沿う回転軸８１Ａを中心として回転可能に構成され、圧電素子８５Ａがシャッター８８の周端部８８Ｃに力を加えることでシャッター８８を回転させ、開口部８８Ａを介して光束を通過させる第１の位置、または、開口部８８Ａを除く部位にて光束を遮断する第２の位置に移動させる。このため、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８８を移動させることができる。
【００３０】
光変調装置８Ｒ，８Ｇ，８Ｂでは、シャッター８８における光入射側の端面８８Ｂは、入射した光束を反射させる反射面とされている。これにより、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端面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、端面８８Ｂで反射された光束を再利用することができ、光の利用効率をさらに向上できる。
【００３１】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態を図面に基づいて説明する。
以下の説明では、前記第１実施形態と同様の構造および同一部材には同一符号を付して、その詳細な説明は省略または簡略化する。
【００３２】
〔光変調装置の構成〕
図６は、光変調装置８Ｒを模式的に示す平面図である。なお、前記第１実施形態と同様、ここでは、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６及び以下の図７では、説明を容易とするため、図８に示すマイクロレンズ８６，８７は図示を省略している。
図６に示すように、本実施形態の光変調装置８Ｒは、前記第１実施形態の光変調部８０Ａを光変調部８０Ｂで構成している。
【００３３】
図７及び図８は、光変調部８０Ｂを説明するための図である。具体的に、図７は光変調部８０Ｂの正面図であり、図８は光変調部８０Ｂの上面図である。
光変調部８０Ｂは、図６ないし図８に示すように、回路基板８４、圧電素子８５Ａ、マイクロレンズ８６，８７（図８）、シャッター８８Ｅ及び遮蔽部材８９を備えている。
なお、遮蔽部材８９は、マイクロレンズ８６，８７間に配置され、図６に示すように、各光変調部８０Ｂで共通する１つの部材で構成されている。そして、遮蔽部材８９は、各々の光変調部８０Ｂに対応する位置に開口部８９Ａを備えている。具体的に、遮蔽部材８９は、開口部８９Ａ以外の部位は、光を透過しない構成とされている。
【００３４】
シャッター８８Ｅは、開口部８９Ａに対して開閉可能となるように遮蔽部材８９の光束の出射側に支持されている。具体的に、シャッター８８Ｅは、開口部８９Ａよりもやや大きく構成され、遮蔽部材８９にスライド可能に支持されている。シャッター８８Ｅの光入射側の端面８８Ｆ（図８）は、第１実施形態のシャッター８８と同様に反射面とされている。なお、シャッター８８Ｅは圧電素子８５Ａの伸縮によって移動可能とされている。
圧電素子８５Ａは、その伸縮方向がシャッター８８Ｅのスライド方向と一致するように、一端が回路基板８４に支持され、他端がシャッター８８Ｅに支持されている。
なお、本実施形態では、圧電素子８５Ａの伸縮に応じたシャッター８８Ｅの位置は、以下に示す位置となるように設定されている。
【００３５】
すなわち、シャッター８８Ｅは、圧電素子８５Ａが縮んだ状態では、図７（Ａ）または図８（Ａ）に示すように、開口部８９Ａがシャッター８８Ｅで塞がれずに開放され、マイクロレンズ８６にて集光された光束を、開口部８９Ａ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８９Ａを介して通過した光束は、マイクロレンズ８７に入射し、第２のマイクロレンズ８７で平行化されてプリズム８Ｃに出射される。
また、シャッター８８Ｅは、圧電素子８５Ａが伸びた状態では、図７（Ｂ）または図８（Ｂ）に示すように、開口部８９Ａがシャッター８８Ｅで閉塞され、マイクロレンズ８６に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、シャッター８８Ｅにて遮断された光束は、端面８８Ｆで反射され、フィールドレンズ８Ａ側に戻される。
なお、階調制御については前述した第１実施形態と同様である。
【００３６】
上述した第２実施形態においては、前述した第１実施形態と同様の効果を得られる。
本実施形態では、光変調装置８Ｒ，８Ｇ，８Ｂは、シャッター８８Ｅ及び圧電素子８５Ａを有する光変調部８０Ｂ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、各圧電素子８５Ａにより各シャッター８８Ｅを第１の位置または第２の位置に位置付けて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、第１実施形態と同様に、光変調装置８Ｒ，８Ｇ，８Ｂの長寿命化が図り易く、かつ、光の利用効率を向上できる。
【００３７】
また、光変調部８０Ｂは、入射した光束をマイクロレンズ８６で開口部８９Ａに集光し、集光された光束の通過または遮断をシャッター８８Ｅにて切り替えるので、遮蔽部材８９（開口部８９Ａを除く部位）にて遮られる光束の割合を低減させ、開口率を向上させることができ、光の利用効率をさらに向上させることができる。
【００３８】
光変調装置８Ｒ，８Ｇ，８Ｂでは、シャッター８８Ｅにおける光入射側の端面８８Ｆは、入射した光束を反射させる反射面とされている。これにより、シャッター８８Ｅが第２の位置に位置付けられた際に、シャッター８８Ｅで遮断された光束は端面８８Ｆで反射されるため、シャッター８８Ｅの温度上昇を抑制できる。また、端面８８Ｆで反射された光束を再利用することができ、光の利用効率をさらに向上できる。
【００３９】
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。
前記各実施形態における、シャッター（シャッター８８，８８Ｅ）及び開口部（開口部８８Ａ，８９Ａ）等の形状、位置は、図示したものに限定されず、種々の変形が可能である。
前記各実施形態では、シャッターの端面（端面８８Ｂ，８８Ｆ）の反射面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。
【００４０】
前記各実施形態では、駆動手段として、面方向に伸縮する圧電素子８５Ａを用いて説明したが、これに限らない。各実施形態のシャッターの位置を移動可能であるならば、様々な圧電素子を用いることができる。また、各実施形態における圧電素子８５Ａの支持構成は、シャッターを移動させることができればよく、特に限定されない。さらに、各実施形態のシャッターは、圧電素子８５Ａで直接動かすことに限らない。
【００４１】
図９は、各実施形態における駆動手段の変形例を説明するための図である。
圧電素子８５Ｂは、厚み方向に撓むように変位する。この厚み方向の伸縮を利用してシャッターを動かす場合、図９（Ａ）に示すように、圧電素子８５Ｂに長尺部材８５Ｃの一端を取り付け、その他端をシャッターで支持するように構成する。そして、その長尺部材８５Ｃの圧電素子８５Ｂに近い位置に支点８５Ｄを設けることで、図９（Ｂ）に示すように、圧電素子８５Ｂの変位量Ｘよりも大きな変位量Ｙを得ることができる。
なお、駆動手段は、シャッターを動かすことができるのであれば、圧電素子によるものに限ったものではない。例えば、磁石による磁力を利用するものであってもよい。
【００４２】
図１０は、各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である。
前記各実施形態では、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１０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。
【００４３】
カラーホイール１３は、図１１（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１０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。
【００４４】
図１２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８８Ｅ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。
【００４５】
前記第１実施形態では、マイクロレンズ８６，８７間の光束の入射側に支持部材８１を配置し、出射側にシャッター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。
前記第１実施形態では、回転軸８１Ａを用いてシャッター８８を回転させる構成としたが、これに限らず、支持部材８１にシャッター８８を嵌め込む凹部を設け、当該凹部にシャッター８８を嵌め込み回転可能に保持する構成等であってもよい。
前記第１実施形態では、支持部材８１に回路基板８４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８６，８７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。
【００４６】
前記第２実施形態では、マイクロレンズ８６，８７間の光束の入射側に遮蔽部材８９を配置し、出射側にシャッター８８Ｅ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。
前記第２実施形態では、マイクロレンズ８６，８７を用いたが、これに限らず、マイクロレンズ８６，８７を省略してもよい。マイクロレンズ８６，８７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。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
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】
【００４８】
１・・・プロジェクター、４・・・光源装置、８Ｄ，８Ｒ，８Ｇ，８Ｂ・・・光変調装置、８０Ａ,８０Ｂ・・・光変調部、８１Ａ・・・回転軸、８５Ａ，８５Ｂ・・・圧電素子、８６・・・マイクロレンズ、８８，８８Ｅ・・・シャッター、８８Ａ，８９Ａ・・・開口部、８８Ｃ・・・周端部、８８Ｂ，８８Ｆ・・・端面、８９・・・遮蔽部材。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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光変調部がそれぞれ設けられ、
前記光変調部は、
入射した光束を集光する集光レンズと、
前記集光レンズにより集光された光束を通過させる第１の位置、または、前記集光レンズにより集光され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、
前記シャッターの周端部に力を加えることで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】
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光変調部がそれぞれ設けられ、
前記光変調部は、
入射した光束を通過させる開口部を有する遮蔽部材と、
前記開口部を開放する第１の位置、または、前記開口部を閉塞する第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、
前記光変調部は、
入射した光束を前記開口部に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、
前記シャッターにおける光入射側の端面は、
入射した光束を反射させる反射面とされている
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を備えるプロジェクター。
【請求項１】
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光変調部がそれぞれ設けられ、
前記光変調部は、
入射した光束を集光する集光レンズと、
前記集光レンズにより集光された光束を通過させる第１の位置、または、前記集光レンズにより集光され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、
前記シャッターの周端部に力を加えることで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】
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光変調部がそれぞれ設けられ、
前記光変調部は、
入射した光束を通過させる開口部を有する遮蔽部材と、
前記開口部を開放する第１の位置、または、前記開口部を閉塞する第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、
前記光変調部は、
入射した光束を前記開口部に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、
前記シャッターにおける光入射側の端面は、
入射した光束を反射させる反射面とされている
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を備えるプロジェクター。
【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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１１−１２８１９４（Ｐ２０１１−１２８１９４Ａ）
【公開日】平成２３年６月３０日（２０１１．６．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２８３７４５（Ｐ２００９−２８３７４５）
【出願日】平成２１年１２月１５日（２００９．１２．１５）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年６月３０日（２０１１．６．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１２月１５日（２００９．１２．１５）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
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