光変調装置組立体及びこれを用いた画像形成装置とその駆動方法
【課題】複数色の光変調を行って画像を形成するに当たり、各色に対応する光変調素子の相対的な光学位置調整を容易にし、また、発熱等によって生じる色毎の画素ずれを抑制することを目的とする。
【解決手段】支持部材３０と、支持部材３０上に配置され、異なる波長帯域の複数の線状の光を変調する光変調装置１２と、光変調装置１２を駆動する駆動部１６と、光変調装置１２上に設けられる光透過部材１３と、を有する。
【解決手段】支持部材３０と、支持部材３０上に配置され、異なる波長帯域の複数の線状の光を変調する光変調装置１２と、光変調装置１２を駆動する駆動部１６と、光変調装置１２上に設けられる光透過部材１３と、を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば１次元回折格子型の光変調装置を配置する光変調装置組立体及びこれを用いた画像形成装置とその駆動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
プロジェクターやプリンター等の画像形成装置において、１次元的な光変調手段からの光束を光走査手段で走査しながら画像形成手段に投影することで２次元画像を形成する装置が提案されている（例えば、特許文献１及び２参照）。この１次元的な光変調手段としては、回折格子より成る光変調素子が１次元的にアレイ状に配列されたいわゆる１次元回折格子型の例えばＧＬＶ（Grating Light Valve）や、その他レーザアレイ、液晶型変調装置等が挙げられる。ＧＬＶ等の光変調装置は、通常、赤、緑及び青色等に対応して複数個設けられ、光変調装置に入射する入射光並びに光変調装置から射出する変調された射出光を透過させるガラス板等から成る光透過部材を更に備えている。ＧＬＶ型の光変調装置の各光変調素子は、マイクロマシン製造技術を応用して製造される。回折格子型の光変調素子は、反射型の素子から構成されており、光スイッチング作用を有し、光のオン／オフ制御を電気的に制御することができ、これにより画像信号に対応した変調光を射出する。したがって、この光変調素子から射出された光をスキャンミラーで走査することで２次元画像が形成される。例えばＭ×Ｎ（例えば１９２０×１０８０）の画素（ピクセル）から構成された２次元画像を表示するために、Ｎ個（＝１０８０個）の光変調素子から光変調装置を構成すればよい。更には、カラー表示のためには、３つの光変調装置を用いればよい。
【０００３】
一例として図１５に、１次元回折格子型の光変調素子１２１を構成する下部電極１２２、固定電極１３１、可動電極１３２等の配置を模式的に示す。また、図１５の矢印Ｂ−Ｂに沿った固定電極１３１等の模式的な一部断面図を図１６Ａに示し、図１５の矢印Ａ−Ａに沿った可動電極１３２等の模式的な一部断面図を図１６Ｂ及び図１７Ａに示し、図１５の矢印Ｃ−Ｃに沿った固定電極１３１及び可動電極１３２等の模式的な一部断面図を図１７Ｂに示す。ここで、可動電極１３２の変位前の状態を図１６Ｂ及び図１７Ｂの左側に示し、変位後の状態を図１７Ａ及び図１７Ｂの右側に示す。また、図１５においては、下部電極１２２、固定電極１３１、可動電極１３２、支持部１２３〜１２６を明示するために、これらに斜線等を付して示す。
【０００４】
この光変調素子１２１は、Ｓｉ等より成る支持体１１２上に下部電極１２２、帯状（リボン状）の固定電極１３１、並びに帯状（リボン状）の可動電極１３２が形成されて構成される。下部電極１２２は不純物がドープされたポリシリコン等より形成される。また、固定電極１３１は、支持部１２３，１２４に支持され、下部電極１２２の上方に支持、張架される。更には、可動電極１３２は、支持部１２５，１２６に支持され、下部電極１２２の上方に支持、張架されており、固定電極１３１に対して並置される。固定電極１３１及び可動電極１３２は、例えばＳｉＮから成る誘電体材料層（下層）とＣｕを添加したＡｌから成る光反射層（上層）との積層構造として構成される。支持部１２３〜１２６は図示の例では内部を空洞とする場合を示すが、その他の種々の構成とし得る。
【０００５】
そして、１つの光変調素子１２１は、１〜３本の固定電極１３１と可動電極１３２（図示の例では３本ずつとする）から構成される。一組の（この場合３本の）可動電極１３２は共に制御電極に接続され、制御電極は、図示しない接続端子部に接続される。一方、固定電極１３１はバイアス電極に接続される。バイアス電極は、複数の光変調素子１２１において共通とされ、図示しないバイアス電極端子部を介して接地される。下部電極１２２も、複数の光変調素子１２１において共通とされ、図示しない下部電極端子部を介して例えば接地される。
【０００６】
なお、図１５〜図１７において、帯状の固定電極１３１及び可動電極１３２の長手方向をＸ方向、これとは直交する各電極１３１及び１３２の幅方向をＹ方向として示す。上述したように１０８０ピクセル分の光変調素子１２１をＹ方向に配置する場合、１０８０×６本の電極が配置されることとなる。
【０００７】
このような構成とする光変調素子１２１において、接続端子部、制御電極を介して可動電極１３２へ電圧を印加し、且つ、下部電極１２２へ電圧を印加すると（例えば下部電極１２２は接地状態とする）、可動電極１３２と下部電極１２２との間に静電気力（クーロン力）が発生する。そして、この静電気力によって、下部電極１２２に向かって可動電極１３２が下方に変位する。そして、このような可動電極１３２の変位に基づき、可動電極１３２と固定電極１３１とによって反射型の回折格子が形成される。
【０００８】
ここで、図１７Ｂに示すように隣接する固定電極１３１の間の距離をｄ、また可動電極１３２及び固定電極１３１に入射する光の入射角をθｉ、波長をλ、回折角をθｍとすると、
ｄ×［ｓｉｎ（θｉ）−ｓｉｎ（θｍ）］＝ｍ×λ
で表すことができる。尚、ｍは次数であり、０，±１，±２・・・の値をとる。
そして、可動電極１３２の頂面と固定電極１３１の頂面の高さの差Δｈ１（図１７Ｂ参照）が（λ／４）のとき、回折光の光強度は最大の値となる。
【０００９】
この光変調装置を使用した画像形成装置の一例の概略構成図を図１８に示す。この画像形成装置１００は、例えば半導体レーザより成る赤色光源１００Ｒ、緑色光源１００Ｇ及び青色光源１００Ｂを備える。そして各光源１００Ｒ，１００Ｇ及び１００Ｂから射出された光をそれぞれ、図示しない制御部により制御される光変調装置１０５Ｒ，１０５Ｇ及び１０５Ｂが設けられ、光変調装置１０５Ｒ，１０５Ｇ及び１０５Ｂにより変調された変調光の光路を合成するＬ型プリズム等の光合成部１０６が設けられる。更に、光合成部１０６において光路を合成された３色の光Ｌの回折光を選択するシュリーレンフィルター等の空間フィルター１０７、選択された回折光を表示面１１０に向けて光を走査する走査光学部１０８、投影光学部１０９が設けられる。
【００１０】
この画像形成装置２００において、各光源１００Ｒ，１００Ｇ及び１００Ｂから射出された赤色レーザ光Ｌｒ１、緑色レーザ光Ｌｇ１及び青色レーザ光Ｌｂ１は、図示しないミラーを介して光変調装置１０５Ｒ，１０５Ｇ及び１０５Ｂによって画像信号に対応して変調され、ミラー（図示せず）を介してＬ型プリズム１０６により１本の光束のレーザ光Ｌ１に合成され、空間フィルター１０７に入射される。空間フィルター１０７を通過したレーザ光Ｌは、結像レンズ（図示せず）を介して、ガルバノミラー、ポリゴンミラー等より成る走査光学部１０８に入射される。そして走査光学部１０８の矢印ｒ１で示す回転又は回動によって、投影光学部１０９を介して矢印ｌ１、ｌ２、ｌ３、・・・で示すように走査され、スクリーン等の表示面１１０に矢印ｓ１で示す走査方向に投影される。これにより表示面１１０において画像が形成される。
【００１１】
ここで、各光源１００Ｒ，１００Ｇ及び１００Ｂから光変調装置１０５Ｒ，１０５Ｇ及び１０５Ｂに向かうレーザ光は、前述の図１５〜図１７に示すＸ方向には所定のスポットサイズに集光され、Ｙ方向には所定幅にコリメートされた線状のコリメート光とされる。
【００１２】
そして光変調装置１０５Ｒ，１０５Ｇ及び１０５Ｂにおける前述した各光変調素子１２１内の可動電極１３２に駆動電圧が印加されず不作動状態の時は、可動電極１３２及び固定電極１３１の頂面で反射された光は空間フィルター１０７で遮られる。一方、可動電極１３２が駆動されて図１７Ａ、また図１７Ｂの右側に示す動作状態の時は、可動電極１３２及び固定電極１３１で回折された±１次（ｍ＝±１）の回折光が空間フィルター１０７を通過する。このような構成にすることで、スクリーン１０９に投影される光のオン／オフ制御が行われる。また可動電極１３２に印加する電圧を制御することで、可動電極１３２の頂面と固定電極１３１の頂面との高さの差Δｈ１を変化させて回折光強度を変化させることができるので、これにより階調制御を精度よく行うことができる。
【００１３】
このような回折格子型の光変調装置は、可動電極１３２の寸法を適切に選定することによって、高い解像度、高速なスイッチング動作及び広い帯域幅の表示が可能となる。更に、比較的低い印加電圧で動作させることができるので、非常に小型化された投影型の画像形成装置を実現することが期待できる。また、このような画像形成装置は、通常の２次元画像表示装置、例えば、液晶パネル等を用いた投射型表示装置と比べて、スキャンミラー１０５によってスキャンを行うので、極めて滑らかで自然な画像表現が可能となる。しかも３原色である赤、緑及び青色のレーザを光源とし、これらの光を混合するので、色際限範囲が極めて広く、また自然な色調の画像を表現することができるといった、従来にはない優れた表示性能を有する。
【００１４】
【特許文献１】特許第３４０１２５０号公報
【特許文献２】特許第３１６４８２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
上述したように従来のプロジェクター等の用途の画像形成装置においては、赤、緑及び青色の３色の光強度を変調するために３個の光変調装置を個別に配置して使用している。しかし、それぞれの光変調装置の位置がずれていると、各色のレーザ光が照射される位置やその反射光の出射方向にずれが生じてしまい、表示面１１０において画素ずれとして見えてしまう。例えば、ハイビジョン画質を表示する場合には、縦画素１０８０ピクセル、横画素１９２０ピクセルであるが、１／４ピクセルのずれを許容したとしても、縦画素（Ｙ方向）で画素全サイズの４３２０分の１、横画素（Ｘ方向）で画素全サイズの７６８０分の１の精度が必要となる。また、仮に初期状態で３個の光変調装置のピクセルを完全に合わせたとしても、温度の変化、機械的な接合位置精度等によりやはり画素ずれとして見えてしまう。
また、図１６及び図１７に示す支持体１１２をＡｌ２Ｏ３等のセラミックより成る配線基板等の上に固定する場合、その熱膨張は３．１×１０-6／Ｋ程度であり、１℃の温度差があれば素子長さの３．１ｐｐｍ分だけ位置がずれることになる。
【００１６】
以上の問題に鑑みて、本発明は、複数色の光変調を行って画像を形成するに当たり、各色に対応する光変調素子の相対的な光学位置調整を容易にし、また、発熱等によって生じる色毎の画素ずれを抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記の目的を達成するための本発明による光変調装置組立体は、支持部材と、支持部材上に配置され、異なる波長帯域の複数の線状の光を変調する光変調装置と、光変調装置を駆動する駆動部と、光変調装置上に設けられる光透過部材と、を有する。
【００１８】
また、本発明による画像形成装置は、異なる波長帯域の光を出射する光源と、光源からの光を合成する光合成部と、光合成部において光路が調整されて光源からの光が入射される光変調装置組立体と、光変調装置組立体の光変調装置に画像信号に対応した駆動信号を出力する制御部と、光変調装置により変調された光を表示面に対して走査する走査光学部と、を備える。そして光変調装置組立体は、上述の本発明構成の光変調装置組立体を用いるものとする。すなわち、支持部材と、支持部材上に配置され、異なる波長帯域の複数の線状の光を変調する光変調装置と、光変調装置を駆動する駆動部と、光変調装置上に設けられる光透過部材と、を有する。
【００１９】
また、本発明の画像形成装置の駆動方法は、支持部材上に、異なる波長帯域の複数の線状の光を変調する１次元回折格子型の光変調装置を設けて光変調装置組立体を構成し、光変調装置によって画像信号に対応して変調された異なる波長帯域の光を、時分割で表示面に対して走査照射する。
【００２０】
上述したように、本発明の光変調装置組立体砥これを用いた画像形成方法及びその駆動方法は、光変調装置組立体として、異なる波長帯域の複数の線状の光を変調する光変調装置を有する光変調装置組立体を用いるものである。このように、一つの光変調装置組立体に、異なる波長帯域の例えば赤色、緑色及び青色光用の光変調装置を設けることによって、前述した各光変調装置間の光学的な位置調整が極めて容易となる。また、同一の支持部材上に各波長帯域に対応する複数又は単一の光変調装置を設けることによって、支持部材の熱膨張等によって生じる経時的な位置ずれを抑制することができる。したがって、光変調装置の位置ずれ、経時変化による表示面上での画素ずれを大幅に低減化することが可能となる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、複数色の光変調を行って画像を形成するに当たり、各色に対応する光変調素子の相対的な光学位置調整を容易にし、また、発熱等によって生じる色毎の光変調装置を抑え、これにより画素ずれを抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下本発明を実施するための最良の形態の例を説明するが、本発明は以下の例に限定されるものではない。
図１に、本発明の実施の形態に係る光変調装置組立体１の概略断面構成図を示す。図１に示すように、この光変調装置組立体１は、支持部材３０上に、異なる波長帯域の複数の線状の光を変調する光変調装置１２を有する。光変調装置１２としては、例えば前述の図１５〜図１７に示す１次元回折格子型の光変調装置を用いることができる。また、その他レーザアレイや１次元状に配列した液晶パネル等より構成することも可能である。図１においては、光変調装置１２の各光変調素子の電極等は図示を省略する。
【００２３】
光変調装置１２の上部は、図示しない光変調素子の保護のために支持部１４を介して光透過部材１３が光変調素子の上部に気密性をもって設けられ、ガス等が充填されていてもよい。例えば水素ガス、ヘリウムガス、窒素ガス、或いは、これらの混合ガス等を封入する場合は、光変調素子の作動時における温度上昇によって生じる温度勾配に起因する固定電極や可動電極の劣化を抑制し、耐久性及び信頼性の向上を図ることができる。支持部材３０は例えばセラミック積層体より構成され、内部に配線回路等が形成されるものが望ましい。そして図１に示す例のように、内側に凹部を有し、凹部内に光変調装置１２等を設ける構成としてもよい。支持部材３０には他に、光変調装置１２の各光変調素子（図示せず）の駆動に必要とされる回路が形成された半導体装置等より成る駆動部１６が設けられる。
【００２４】
これら光変調装置１２及び駆動部１６はそれぞれ接着剤１７によって支持部材３０に固定される。光変調装置１２と駆動部１６とは、例えばワイヤボンディングにより配線１８で電気的に接続され、駆動部１６は更に支持部材３０に例えば内蔵される配線回路部に接続される。光変調装置１２及び駆動部１６はこの場合支持部材３０の凹部内に配置され、ワイヤボンディング等の保護のために、ポッティング樹脂２０によって封止される。また支持部材３０の縁部にフレキシブル配線基板１９が接続される。フレキシブル配線基板１９と支持部材３０の側面とは樹脂等の接着剤２１により固定されていてもよい。
【００２５】
図２は、従来の光変調装置組立体２００の概略平面構成図を示す。この場合、セラミック等より成る支持部材２３０上に光変調素子２１１を備える光変調装置２１２と、駆動部２０６とを設ける例を示す。図２に示すように、従来は一つの支持部材２３０上に単一の波長帯域の光に対応する光変調装置２１２が設けられる。図２に示す例では、一つの光変調装置２１２に対して４つの駆動部２０６を設ける例で、ワイヤボンディング等の配線２０７によって光変調装置２１２が駆動部２０６に、駆動部２０６が支持部材２３０上の配線回路（図示せず）に接続される。また支持部材２３０にはフレキシブル配線基板２０９が接続される。
【００２６】
従来の画像形成装置においては、このような光変調装置組立体２００を、前述の図１８に示すように、装置内の別の箇所にそれぞれ光学的に調整して配置していた。そして光学的な調整はスクリーン等の表示面に実際に画像を表示させた状態で、いわば手動で行う必要があり、画像形成装置の組立調整が極めて煩雑な作業を含むものとなっていた。
【００２７】
これに対し、本発明の実施の形態に係る光変調装置組立体は、図３にその一例を示すように、支持部材３０上に、異なる波長帯域の複数の線状光に対応する光変調素子１１Ｒ，１１Ｇ及び１１Ｂを備える３個の光変調装置１２Ｒ，１２Ｇ及び１２Ｂが設けられる。図３において、図１と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。この例においては、光変調装置１２Ｒ、１２Ｇ及び１２Ｂに設ける各光変調素子１１Ｒ，１１Ｇ及び１１ＢをＧＬＶ等の１次元回折格子型構成とする場合を示す。そしてその各電極（図示せず）の長手方向であるＸ方向ではなく、これとは直交するＹ方向に各光変調装置１２Ｒ，１２Ｇ及び１２Ｂを配列する場合を示す。
【００２８】
このように、単一の支持部材３０上に異なる波長帯域の光に対応する光変調装置１２Ｒ，１２Ｇ及び１２Ｂを設けることによって、光変調装置組立体１を組み込む画像形成装置の小型化が可能となり、コストの削減が可能となる。また、各光変調装置１２Ｒ，１２Ｇ及び１２ＢのＸ方向及びＹ方向の位置を一旦調整してしまえば、各装置間で位置ずれが発生することがなく、その上各光変調装置の温度差による線膨張の差を抑制できるので、画素ずれを大幅に低減化することが可能となる。
【００２９】
このように、単一の支持部材３０上に、例えば赤色、緑色及び青色に対応する光変調装置１２Ｒ，１２Ｇ及び１２Ｂを設ける光変調装置組立体１を用いた本発明の実施の形態に係る画像形成装置５０の概略構成図を図４に示す。この画像形成装置５０は、例えば赤色帯域、緑色帯域及び青色帯域のレーザ光を出射する光源４Ｒ，４Ｇ及び４Ｂを備える。また、各光源４Ｒ，４Ｇ及び４Ｂから射出されたレーザ光Ｌｒ，Ｌｇ及びＬｂの各光軸の相対位置を調整して合成するＬ型プリズム等より成る光合成部６を備える。そして光合成部６の光出射側に前述の図１及び図３に示す光変調装置組立体１が配置される。更に、光変調装置組立体１から射出された光Ｌの光路上に、シュリーレンフィルター等より成る空間フィルター７、ガルバノミラー、ポリゴンミラー等より成る走査光学部８、投影レンズ群より成る投影光学部９が配置される。
【００３０】
この画像形成装置５０において、光源４Ｒ，４Ｇ及び４Ｂから射出された各色帯域のレーザ光Ｌｒ，Ｌｇ及びＬｂは、図示しない円筒レンズ等の集光レンズによって、Ｘ方向には所定のスポットサイズに集光され、Ｙ方向には所定幅にコリメートされたコリメート光とされて色合成部６に入射される。そして色合成部６においてそれぞれの相対的な位置を調整されて、光軸が所定方向に所定量ずれた３本の光束に合成される。そして光変調装置組立体１に各色光が入射され、図示しない駆動部からの入力信号により、各色光に対応する光変調装置がそれぞれ独別に駆動され、例えば回折格子型の光変調素子の各電極が制御されて変調され、外部に射出される。
【００３１】
光変調装置組立体１から射出された変調光Ｌは、ミラー（図示せず）又は必要に応じてプリズム等の色合成部により一本の光束とされて、フーリエ面に配置される空間フィルター７に入射される。そしてこの空間フィルター７により例えば１次回折光が選択され、結像レンズ（図示せず）等を介して走査光学部８に入射される。そして走査光学部８により反射され、投影光学部９によりスクリーン等の表示面１０に向かって矢印Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，・・・で示すように投影され、表示面１０上において矢印Ｓで示すように走査照射される。これにより、表示面１０上で画像が形成される。
【００３２】
前述したように、光変調装置として図１５〜図１７において説明した１次元回折格子型の光変調装置を用いる場合、可動電極が動作しない状態では空間フィルター７で光が遮光され、可動電極に駆動電圧を印加した動作状態で例えば±１次回折光が射出され、空間フィルター７を通過する。可動電極に印加する駆動電圧を制御することで、表示面１０に投影される光のオン／オフを制御し、また回折光の強度を変化させて、階調制御を行うことができる。
【００３３】
このような構成とする光変調装置１２Ｒ，１２Ｇ及び１２Ｂを、前述の図３に示すように、単一の支持部材３０上に設けて光変調装置組立体１を構成する場合の色合成部６の配置構成の一例を図５に示す。図５は、図４に示す画像形成装置５０の色合成部６の拡大平面図である。この場合、色合成部６をＬ字プリズムより構成するが、各光源から入射される光の光軸を一部ずらして色合成部６に入射させる。図示の例では、緑色光Ｌｇは色合成部６の光軸に沿って入射されるが、赤色光Ｌｒ及び青色光Ｌｂはそれぞれ一点鎖線Ｃ１、二点鎖線Ｃ２で示す光軸からずらして入射される。このように入射位置をずらすことにより、出射される各色光の相対的な位置が調整される。各光変調装置（図示せず）に入射光を導くミラー（図示せず）はこの場合、光の進行方向に沿う方向と直交する方向にずらして配置される。
【００３４】
図３に示す例では、線状光の長手方向であるＹ方向に各色の光変調装置１２Ｒ，１２Ｇ及び１２Ｂを配列した場合を示し、この場合の概略構成図を図６Ａに示す。図６Ａの例では、図５において光源（図示せず）から射出される線状光の長手方向は、矢印ａ１で示すように光変調装置組立体１からの射出光Ｌの光軸と直交し、図５の紙面に沿う方向とすればよい。
【００３５】
一方、図６Ｂに示すように、Ｙ方向と直交するＸ方向に各色の光変調装置１２Ｒ，１２Ｇ及び１２Ｂを配列してもよい。この場合は、図５において線状光の長手方向は、矢印ｂ１で示すように、射出光Ｌの光軸と直交し、且つ図５の紙面と直交する方向とされる。
【００３６】
図６に示すれいでは、光Ｌの進行方向と直交する方向に光変調装置１２Ｒ，１２Ｇ及び１２Ｂを配列する場合であるが、逆に、図７に示すように、光の進行方向に沿って、各光変調装置１２ｒ、１２Ｇ及び１２Ｂを配列することも可能である。図７においては、Ｘ方向を光Ｌの進行方向に沿う方向とし、このＸ方向に各色に対応する光変調装置１２Ｒ、１２Ｇ及び１２Ｂを配列して光変調装置組立体１を構成す場合を示す。図７において、図３と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
【００３７】
図８に、この場合の色合成部（図示せず）からの各色光Ｌｒ，Ｌｇ及びＬｂの入射する様子を模式的に示す。図５に示す例と同様の構成で僅かに光軸を分離された各色光Ｌｒ（実線）、Ｌｇ（一点鎖線）、Ｌｂ（破線）を図示しないミラーにより支持部材３０上の各光変調装置１２Ｒ，１２Ｇ及び１２ｂに入射させる。図８に示す例では、各光変調装置１２Ｒ，１２Ｇ及び１２Ｂは各光Ｌｒ，Ｌｇ及びＬｂの進行方向に沿って配列され、各光変調装置１２Ｒ，１２Ｇ及び１２Ｂに入射光を導くミラー（図示せず）も各光の進行方向に沿って位置をずらして配置される。
【００３８】
図９Ａは、図７に示す光変調装置組立体１のように、各光変調装置１２Ｒ，１２Ｇ及び１２ＢをＸ方向に配列した場合の模式的な構成図である。この場合は線状光の長手方向は図８において矢印ａ２で示すように、光変調装置組立体１からの射出光Ｌの光軸と直交し、且つ図８の紙面と直交する方向となる。
【００３９】
また、図９Ｂに示すように、各光変調装置１２Ｒ，１２Ｇ及び１２ＢをＹ方向に配列してもよい。この場合は線状光の長手方向は図８において矢印ｂ２で示すように、射出光Ｌの光軸と直交し、図８の紙面に沿う方向とすればよい。
【００４０】
また、図１０に示すように、図３に示す光変調装置１２Ｒ，１２Ｇ及び１２Ｂを接続した状態、すなわち単一の光変調装置１２として構成することも可能である。図１０において、図１，図３等と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。この例では、光変調素子１１は光変調装置１２に一列に配置される。また、駆動部１６はそれぞれに配置されており、独立に駆動することが可能である。例えば赤、緑及び青色の３色を照射する場合には光変調素子１１内の領域を区分して、それぞれの領域に各色の光を照射、変調することでカラー表示が可能である。
【００４１】
図１０に示す例において、駆動部１６は光変調素子１１に対して６個設ける場合を示すが、駆動部１６の数には特に制限はない。このように光変調素子１１を一体化し、すなわち単一の光変調装置１２によって複数の波長の光を変調する場合は、光変調素子１１の各色間における位置精度の調整は不要となる。
この場合、１つの光変調素子１１内の区分された領域で異なる波長の光を変調することができる。例えば、１次元回折格子型の光変調素子でハイビジョンを投影するプロジェクターに適用する場合は、１０８０ピクセルの３倍である３２４０ピクセル分を１つの光変調素子に作製すればよい。この場合、赤色Ｒ、緑色Ｇ及び青色Ｂの光をピクセルで上から３分割してもよく、また、第１ピクセルをＲ、第２ピクセルをＧ、第３ピクセルをＢ、第４ピクセルをＲ、・・・のように混ぜて駆動することも可能である。どのピクセルにどの光源からの光を照射するかは問わない。
【００４２】
なお、このような光変調装置組立体１を用いる場合、異なる波長の光を上述したように光変調素子１１の区分を領域して空間的に異なるピクセル（に対応する電極群）に照射してもよいが、時間軸で分割してもよい。時間的に分割することで同一ピクセル（に対応する電極群）に異なる波長帯域の光を照射することも可能となる。すなわち、図１１Ａ〜Ｃに示すように、一定時間を赤色画像Ｒ、次の一定時間を緑色画像Ｇ、次の一定時間は青色画像Ｂを光変調素子１１で変調し、それぞれ矢印Ｓで示すように走査して表示面にカラー画像を表示する事も可能である。
【００４３】
このように時間分割する場合は、例えば３色表示の場合、１ピクセルの駆動時間が１／３となる。ここで例えば光変調素子１１として前述のＧＬＶを用いる場合、その立ち上がり応答特性は、図１２に示すように、１．３μｓと極めて速い。したがって、ハイビジョン画質であっても１／６０秒で表示する場合は１ピクセル８．７μｓ、３色を１変調素子でまかなう場合は２．９μｓで画像表示でき、十分な応答速度といえる。
【００４４】
時分割の方法は、図１１Ａ〜Ｃに示すように１画面分のみではなく、例えば図１３Ａに示すように、矢印Ｓで示す走査方向に関して一つの縦画像分を各色で表示する事も可能である。また、図１３Ｂに示すように、縦画像数列分（図示の例では３列）分を一つの波長帯域の色画像として、Ｒ，Ｇ，Ｂと順次表示することも可能である。
【００４５】
上述したように、本発明の光変調装置組立体においては、異なる波長帯域の光に対応する光変調装置を単一の支持部材上に配置するものであり、光学的な調整が簡易化され、また光学系の構成の小型化が可能となる。
【００４６】
また、１つの光変調素子内の同じ領域で異なる波長の光を変調することも可能である。例えば、時間軸を３分割し、Ｒ、Ｇ、Ｂの順（順不同）に同じピクセルに照射することによって、１つの光変調装置で３色の表示が可能である。例えばＧＬＶ型の光変調素子を用いる場合は、可動電極の応答速度が十分高速であるため、ハイビジョン画質であっても１秒間に１８０枚以上の投影が可能であり、３色を単一の光変調素子でまかなうことができることになる。
【００４７】
そして本発明による場合は、光変調装置１２（１２Ｒ，１２Ｇ及び１２Ｂ）を支持する支持部材３０が発熱等によって膨張しても、各色毎の光変調素子間での温度差を抑制できる。例えば前述したようにハイビジョン画質を表示する場合には、縦画素１０８０ピクセル、横画素１９２０ピクセルであり、１／４ピクセルのずれを許容したとしても、縦画素で画素全サイズの４３２０分の１、横画素で画素全サイズの７６８０分の１の精度が必要となるが、本発明による場合は１／４ピクセルのずれを位置合わせすればよい。
【００４８】
また、支持部材３０がＡｌ２Ｏ３より成る場合は、前述したように熱膨張率は３．１×１０−６／Ｋ程度であり、１℃の温度差があると素子長さの３．１ｐｐｍ分だけ位置がずれることになる。図１４に実際のモジュールに組み込んだ光変調素子の両端の熱膨張の様子を示す。この例では、光変調素子の両端に十字マークを設け、この十字マーク間の２０℃における距離を基準として、発熱によって十字マーク間距離が膨張する様子をプロットしたものである。図１４の結果から、例えば１０℃の温度差がある場合には、０．９３μｍの位置ずれが発生することがわかる。
【００４９】
これに対し、本発明の実施の形態による光変調装置組立体１においては、光変調装置１２（１２Ｒ，１２Ｇ及び１２Ｂ）を単一の支持部材３０に配置するので、装置間の温度差は考慮する必要がない。また、図１０に示す例のように、単一の光変調装置１２を設け、同じ領域で異なる波長の光を変調する場合には、ミラーの数を低減でき、画像形成装置全体のサイズの小型化、簡略化、ひいてはコストダウンも可能となる。
【００５０】
なお、本発明は上述の実施形態例において説明した構成に限定されるものではなく、その他本発明構成を逸脱しない範囲において種々の変形、変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の実施の形態に係る光変調装置組立体の概略断面構成図である。
【図２】従来の光変調装置組立体の概略平面構成図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る光変調装置組立体の概略平面構成図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る画像形成装置の概略構成図である。
【図５】本発明の実施の形態に係る画像形成装置の要部の概略平面構成図である。
【図６】Ａ及びＢは本発明の実施の形態に係る光変調装置組立体の概略平面構成図である。
【図７】本発明の実施の形態に係る光変調装置組立体の概略平面構成図である。
【図８】本発明の実施の形態に係る画像形成装置の要部の概略構成図である。
【図９】Ａ及びＢは本発明の実施の形態に係る光変調装置組立体の概略平面構成図である。
【図１０】本発明の実施の形態に係る光変調装置組立体の概略平面構成図である。
【図１１】Ａ〜Ｃは本発明の実施の形態に係る画像形成装置の駆動方法の説明図である。
【図１２】回折格子型の光変調装置の立ち上がり応答速度を示す図である。
【図１３】Ａ及びＢは本発明の実施の形態に係る画像形成装置の駆動方法の説明図である。
【図１４】光変調素子の温度変化による線膨張の変化の一例を示す図である。
【図１５】回折格子型の光変調装置の概略平面構成図である。
【図１６】Ａ及びＢは回折格子型の光変調装置の要部の概略側面構成図である。
【図１７】Ａは回折格子型の光変調装置の要部の概略側面構成図、Ｂは回折格子型の光変調装置の概略断面構成図である。
【図１８】従来の画像形成装置の概略構成図である。
【符号の説明】
【００５２】
１・・・光変調装置組立体、４Ｒ，４Ｇ，４Ｂ・・・光源、６・・・光合成部、７・・・空間フィルター、８・・・走査光学部、９・・・投影光学部、１０・・・表示面、１１・・・光変調素子、１２（１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂ）・・・光変調装置、１３・・・光透過部材、１４・・・スペーサ、１６・・・駆動部、１７・・・接着剤、１８・・・配線、１９・・・フレキシブル配線基板、２０・・・ポッティング樹脂、２１・・・樹脂、３０・・・支持部材、５０・・・画像形成装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば１次元回折格子型の光変調装置を配置する光変調装置組立体及びこれを用いた画像形成装置とその駆動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
プロジェクターやプリンター等の画像形成装置において、１次元的な光変調手段からの光束を光走査手段で走査しながら画像形成手段に投影することで２次元画像を形成する装置が提案されている（例えば、特許文献１及び２参照）。この１次元的な光変調手段としては、回折格子より成る光変調素子が１次元的にアレイ状に配列されたいわゆる１次元回折格子型の例えばＧＬＶ（Grating Light Valve）や、その他レーザアレイ、液晶型変調装置等が挙げられる。ＧＬＶ等の光変調装置は、通常、赤、緑及び青色等に対応して複数個設けられ、光変調装置に入射する入射光並びに光変調装置から射出する変調された射出光を透過させるガラス板等から成る光透過部材を更に備えている。ＧＬＶ型の光変調装置の各光変調素子は、マイクロマシン製造技術を応用して製造される。回折格子型の光変調素子は、反射型の素子から構成されており、光スイッチング作用を有し、光のオン／オフ制御を電気的に制御することができ、これにより画像信号に対応した変調光を射出する。したがって、この光変調素子から射出された光をスキャンミラーで走査することで２次元画像が形成される。例えばＭ×Ｎ（例えば１９２０×１０８０）の画素（ピクセル）から構成された２次元画像を表示するために、Ｎ個（＝１０８０個）の光変調素子から光変調装置を構成すればよい。更には、カラー表示のためには、３つの光変調装置を用いればよい。
【０００３】
一例として図１５に、１次元回折格子型の光変調素子１２１を構成する下部電極１２２、固定電極１３１、可動電極１３２等の配置を模式的に示す。また、図１５の矢印Ｂ−Ｂに沿った固定電極１３１等の模式的な一部断面図を図１６Ａに示し、図１５の矢印Ａ−Ａに沿った可動電極１３２等の模式的な一部断面図を図１６Ｂ及び図１７Ａに示し、図１５の矢印Ｃ−Ｃに沿った固定電極１３１及び可動電極１３２等の模式的な一部断面図を図１７Ｂに示す。ここで、可動電極１３２の変位前の状態を図１６Ｂ及び図１７Ｂの左側に示し、変位後の状態を図１７Ａ及び図１７Ｂの右側に示す。また、図１５においては、下部電極１２２、固定電極１３１、可動電極１３２、支持部１２３〜１２６を明示するために、これらに斜線等を付して示す。
【０００４】
この光変調素子１２１は、Ｓｉ等より成る支持体１１２上に下部電極１２２、帯状（リボン状）の固定電極１３１、並びに帯状（リボン状）の可動電極１３２が形成されて構成される。下部電極１２２は不純物がドープされたポリシリコン等より形成される。また、固定電極１３１は、支持部１２３，１２４に支持され、下部電極１２２の上方に支持、張架される。更には、可動電極１３２は、支持部１２５，１２６に支持され、下部電極１２２の上方に支持、張架されており、固定電極１３１に対して並置される。固定電極１３１及び可動電極１３２は、例えばＳｉＮから成る誘電体材料層（下層）とＣｕを添加したＡｌから成る光反射層（上層）との積層構造として構成される。支持部１２３〜１２６は図示の例では内部を空洞とする場合を示すが、その他の種々の構成とし得る。
【０００５】
そして、１つの光変調素子１２１は、１〜３本の固定電極１３１と可動電極１３２（図示の例では３本ずつとする）から構成される。一組の（この場合３本の）可動電極１３２は共に制御電極に接続され、制御電極は、図示しない接続端子部に接続される。一方、固定電極１３１はバイアス電極に接続される。バイアス電極は、複数の光変調素子１２１において共通とされ、図示しないバイアス電極端子部を介して接地される。下部電極１２２も、複数の光変調素子１２１において共通とされ、図示しない下部電極端子部を介して例えば接地される。
【０００６】
なお、図１５〜図１７において、帯状の固定電極１３１及び可動電極１３２の長手方向をＸ方向、これとは直交する各電極１３１及び１３２の幅方向をＹ方向として示す。上述したように１０８０ピクセル分の光変調素子１２１をＹ方向に配置する場合、１０８０×６本の電極が配置されることとなる。
【０００７】
このような構成とする光変調素子１２１において、接続端子部、制御電極を介して可動電極１３２へ電圧を印加し、且つ、下部電極１２２へ電圧を印加すると（例えば下部電極１２２は接地状態とする）、可動電極１３２と下部電極１２２との間に静電気力（クーロン力）が発生する。そして、この静電気力によって、下部電極１２２に向かって可動電極１３２が下方に変位する。そして、このような可動電極１３２の変位に基づき、可動電極１３２と固定電極１３１とによって反射型の回折格子が形成される。
【０００８】
ここで、図１７Ｂに示すように隣接する固定電極１３１の間の距離をｄ、また可動電極１３２及び固定電極１３１に入射する光の入射角をθｉ、波長をλ、回折角をθｍとすると、
ｄ×［ｓｉｎ（θｉ）−ｓｉｎ（θｍ）］＝ｍ×λ
で表すことができる。尚、ｍは次数であり、０，±１，±２・・・の値をとる。
そして、可動電極１３２の頂面と固定電極１３１の頂面の高さの差Δｈ１（図１７Ｂ参照）が（λ／４）のとき、回折光の光強度は最大の値となる。
【０００９】
この光変調装置を使用した画像形成装置の一例の概略構成図を図１８に示す。この画像形成装置１００は、例えば半導体レーザより成る赤色光源１００Ｒ、緑色光源１００Ｇ及び青色光源１００Ｂを備える。そして各光源１００Ｒ，１００Ｇ及び１００Ｂから射出された光をそれぞれ、図示しない制御部により制御される光変調装置１０５Ｒ，１０５Ｇ及び１０５Ｂが設けられ、光変調装置１０５Ｒ，１０５Ｇ及び１０５Ｂにより変調された変調光の光路を合成するＬ型プリズム等の光合成部１０６が設けられる。更に、光合成部１０６において光路を合成された３色の光Ｌの回折光を選択するシュリーレンフィルター等の空間フィルター１０７、選択された回折光を表示面１１０に向けて光を走査する走査光学部１０８、投影光学部１０９が設けられる。
【００１０】
この画像形成装置２００において、各光源１００Ｒ，１００Ｇ及び１００Ｂから射出された赤色レーザ光Ｌｒ１、緑色レーザ光Ｌｇ１及び青色レーザ光Ｌｂ１は、図示しないミラーを介して光変調装置１０５Ｒ，１０５Ｇ及び１０５Ｂによって画像信号に対応して変調され、ミラー（図示せず）を介してＬ型プリズム１０６により１本の光束のレーザ光Ｌ１に合成され、空間フィルター１０７に入射される。空間フィルター１０７を通過したレーザ光Ｌは、結像レンズ（図示せず）を介して、ガルバノミラー、ポリゴンミラー等より成る走査光学部１０８に入射される。そして走査光学部１０８の矢印ｒ１で示す回転又は回動によって、投影光学部１０９を介して矢印ｌ１、ｌ２、ｌ３、・・・で示すように走査され、スクリーン等の表示面１１０に矢印ｓ１で示す走査方向に投影される。これにより表示面１１０において画像が形成される。
【００１１】
ここで、各光源１００Ｒ，１００Ｇ及び１００Ｂから光変調装置１０５Ｒ，１０５Ｇ及び１０５Ｂに向かうレーザ光は、前述の図１５〜図１７に示すＸ方向には所定のスポットサイズに集光され、Ｙ方向には所定幅にコリメートされた線状のコリメート光とされる。
【００１２】
そして光変調装置１０５Ｒ，１０５Ｇ及び１０５Ｂにおける前述した各光変調素子１２１内の可動電極１３２に駆動電圧が印加されず不作動状態の時は、可動電極１３２及び固定電極１３１の頂面で反射された光は空間フィルター１０７で遮られる。一方、可動電極１３２が駆動されて図１７Ａ、また図１７Ｂの右側に示す動作状態の時は、可動電極１３２及び固定電極１３１で回折された±１次（ｍ＝±１）の回折光が空間フィルター１０７を通過する。このような構成にすることで、スクリーン１０９に投影される光のオン／オフ制御が行われる。また可動電極１３２に印加する電圧を制御することで、可動電極１３２の頂面と固定電極１３１の頂面との高さの差Δｈ１を変化させて回折光強度を変化させることができるので、これにより階調制御を精度よく行うことができる。
【００１３】
このような回折格子型の光変調装置は、可動電極１３２の寸法を適切に選定することによって、高い解像度、高速なスイッチング動作及び広い帯域幅の表示が可能となる。更に、比較的低い印加電圧で動作させることができるので、非常に小型化された投影型の画像形成装置を実現することが期待できる。また、このような画像形成装置は、通常の２次元画像表示装置、例えば、液晶パネル等を用いた投射型表示装置と比べて、スキャンミラー１０５によってスキャンを行うので、極めて滑らかで自然な画像表現が可能となる。しかも３原色である赤、緑及び青色のレーザを光源とし、これらの光を混合するので、色際限範囲が極めて広く、また自然な色調の画像を表現することができるといった、従来にはない優れた表示性能を有する。
【００１４】
【特許文献１】特許第３４０１２５０号公報
【特許文献２】特許第３１６４８２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
上述したように従来のプロジェクター等の用途の画像形成装置においては、赤、緑及び青色の３色の光強度を変調するために３個の光変調装置を個別に配置して使用している。しかし、それぞれの光変調装置の位置がずれていると、各色のレーザ光が照射される位置やその反射光の出射方向にずれが生じてしまい、表示面１１０において画素ずれとして見えてしまう。例えば、ハイビジョン画質を表示する場合には、縦画素１０８０ピクセル、横画素１９２０ピクセルであるが、１／４ピクセルのずれを許容したとしても、縦画素（Ｙ方向）で画素全サイズの４３２０分の１、横画素（Ｘ方向）で画素全サイズの７６８０分の１の精度が必要となる。また、仮に初期状態で３個の光変調装置のピクセルを完全に合わせたとしても、温度の変化、機械的な接合位置精度等によりやはり画素ずれとして見えてしまう。
また、図１６及び図１７に示す支持体１１２をＡｌ２Ｏ３等のセラミックより成る配線基板等の上に固定する場合、その熱膨張は３．１×１０-6／Ｋ程度であり、１℃の温度差があれば素子長さの３．１ｐｐｍ分だけ位置がずれることになる。
【００１６】
以上の問題に鑑みて、本発明は、複数色の光変調を行って画像を形成するに当たり、各色に対応する光変調素子の相対的な光学位置調整を容易にし、また、発熱等によって生じる色毎の画素ずれを抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記の目的を達成するための本発明による光変調装置組立体は、支持部材と、支持部材上に配置され、異なる波長帯域の複数の線状の光を変調する光変調装置と、光変調装置を駆動する駆動部と、光変調装置上に設けられる光透過部材と、を有する。
【００１８】
また、本発明による画像形成装置は、異なる波長帯域の光を出射する光源と、光源からの光を合成する光合成部と、光合成部において光路が調整されて光源からの光が入射される光変調装置組立体と、光変調装置組立体の光変調装置に画像信号に対応した駆動信号を出力する制御部と、光変調装置により変調された光を表示面に対して走査する走査光学部と、を備える。そして光変調装置組立体は、上述の本発明構成の光変調装置組立体を用いるものとする。すなわち、支持部材と、支持部材上に配置され、異なる波長帯域の複数の線状の光を変調する光変調装置と、光変調装置を駆動する駆動部と、光変調装置上に設けられる光透過部材と、を有する。
【００１９】
また、本発明の画像形成装置の駆動方法は、支持部材上に、異なる波長帯域の複数の線状の光を変調する１次元回折格子型の光変調装置を設けて光変調装置組立体を構成し、光変調装置によって画像信号に対応して変調された異なる波長帯域の光を、時分割で表示面に対して走査照射する。
【００２０】
上述したように、本発明の光変調装置組立体砥これを用いた画像形成方法及びその駆動方法は、光変調装置組立体として、異なる波長帯域の複数の線状の光を変調する光変調装置を有する光変調装置組立体を用いるものである。このように、一つの光変調装置組立体に、異なる波長帯域の例えば赤色、緑色及び青色光用の光変調装置を設けることによって、前述した各光変調装置間の光学的な位置調整が極めて容易となる。また、同一の支持部材上に各波長帯域に対応する複数又は単一の光変調装置を設けることによって、支持部材の熱膨張等によって生じる経時的な位置ずれを抑制することができる。したがって、光変調装置の位置ずれ、経時変化による表示面上での画素ずれを大幅に低減化することが可能となる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、複数色の光変調を行って画像を形成するに当たり、各色に対応する光変調素子の相対的な光学位置調整を容易にし、また、発熱等によって生じる色毎の光変調装置を抑え、これにより画素ずれを抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下本発明を実施するための最良の形態の例を説明するが、本発明は以下の例に限定されるものではない。
図１に、本発明の実施の形態に係る光変調装置組立体１の概略断面構成図を示す。図１に示すように、この光変調装置組立体１は、支持部材３０上に、異なる波長帯域の複数の線状の光を変調する光変調装置１２を有する。光変調装置１２としては、例えば前述の図１５〜図１７に示す１次元回折格子型の光変調装置を用いることができる。また、その他レーザアレイや１次元状に配列した液晶パネル等より構成することも可能である。図１においては、光変調装置１２の各光変調素子の電極等は図示を省略する。
【００２３】
光変調装置１２の上部は、図示しない光変調素子の保護のために支持部１４を介して光透過部材１３が光変調素子の上部に気密性をもって設けられ、ガス等が充填されていてもよい。例えば水素ガス、ヘリウムガス、窒素ガス、或いは、これらの混合ガス等を封入する場合は、光変調素子の作動時における温度上昇によって生じる温度勾配に起因する固定電極や可動電極の劣化を抑制し、耐久性及び信頼性の向上を図ることができる。支持部材３０は例えばセラミック積層体より構成され、内部に配線回路等が形成されるものが望ましい。そして図１に示す例のように、内側に凹部を有し、凹部内に光変調装置１２等を設ける構成としてもよい。支持部材３０には他に、光変調装置１２の各光変調素子（図示せず）の駆動に必要とされる回路が形成された半導体装置等より成る駆動部１６が設けられる。
【００２４】
これら光変調装置１２及び駆動部１６はそれぞれ接着剤１７によって支持部材３０に固定される。光変調装置１２と駆動部１６とは、例えばワイヤボンディングにより配線１８で電気的に接続され、駆動部１６は更に支持部材３０に例えば内蔵される配線回路部に接続される。光変調装置１２及び駆動部１６はこの場合支持部材３０の凹部内に配置され、ワイヤボンディング等の保護のために、ポッティング樹脂２０によって封止される。また支持部材３０の縁部にフレキシブル配線基板１９が接続される。フレキシブル配線基板１９と支持部材３０の側面とは樹脂等の接着剤２１により固定されていてもよい。
【００２５】
図２は、従来の光変調装置組立体２００の概略平面構成図を示す。この場合、セラミック等より成る支持部材２３０上に光変調素子２１１を備える光変調装置２１２と、駆動部２０６とを設ける例を示す。図２に示すように、従来は一つの支持部材２３０上に単一の波長帯域の光に対応する光変調装置２１２が設けられる。図２に示す例では、一つの光変調装置２１２に対して４つの駆動部２０６を設ける例で、ワイヤボンディング等の配線２０７によって光変調装置２１２が駆動部２０６に、駆動部２０６が支持部材２３０上の配線回路（図示せず）に接続される。また支持部材２３０にはフレキシブル配線基板２０９が接続される。
【００２６】
従来の画像形成装置においては、このような光変調装置組立体２００を、前述の図１８に示すように、装置内の別の箇所にそれぞれ光学的に調整して配置していた。そして光学的な調整はスクリーン等の表示面に実際に画像を表示させた状態で、いわば手動で行う必要があり、画像形成装置の組立調整が極めて煩雑な作業を含むものとなっていた。
【００２７】
これに対し、本発明の実施の形態に係る光変調装置組立体は、図３にその一例を示すように、支持部材３０上に、異なる波長帯域の複数の線状光に対応する光変調素子１１Ｒ，１１Ｇ及び１１Ｂを備える３個の光変調装置１２Ｒ，１２Ｇ及び１２Ｂが設けられる。図３において、図１と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。この例においては、光変調装置１２Ｒ、１２Ｇ及び１２Ｂに設ける各光変調素子１１Ｒ，１１Ｇ及び１１ＢをＧＬＶ等の１次元回折格子型構成とする場合を示す。そしてその各電極（図示せず）の長手方向であるＸ方向ではなく、これとは直交するＹ方向に各光変調装置１２Ｒ，１２Ｇ及び１２Ｂを配列する場合を示す。
【００２８】
このように、単一の支持部材３０上に異なる波長帯域の光に対応する光変調装置１２Ｒ，１２Ｇ及び１２Ｂを設けることによって、光変調装置組立体１を組み込む画像形成装置の小型化が可能となり、コストの削減が可能となる。また、各光変調装置１２Ｒ，１２Ｇ及び１２ＢのＸ方向及びＹ方向の位置を一旦調整してしまえば、各装置間で位置ずれが発生することがなく、その上各光変調装置の温度差による線膨張の差を抑制できるので、画素ずれを大幅に低減化することが可能となる。
【００２９】
このように、単一の支持部材３０上に、例えば赤色、緑色及び青色に対応する光変調装置１２Ｒ，１２Ｇ及び１２Ｂを設ける光変調装置組立体１を用いた本発明の実施の形態に係る画像形成装置５０の概略構成図を図４に示す。この画像形成装置５０は、例えば赤色帯域、緑色帯域及び青色帯域のレーザ光を出射する光源４Ｒ，４Ｇ及び４Ｂを備える。また、各光源４Ｒ，４Ｇ及び４Ｂから射出されたレーザ光Ｌｒ，Ｌｇ及びＬｂの各光軸の相対位置を調整して合成するＬ型プリズム等より成る光合成部６を備える。そして光合成部６の光出射側に前述の図１及び図３に示す光変調装置組立体１が配置される。更に、光変調装置組立体１から射出された光Ｌの光路上に、シュリーレンフィルター等より成る空間フィルター７、ガルバノミラー、ポリゴンミラー等より成る走査光学部８、投影レンズ群より成る投影光学部９が配置される。
【００３０】
この画像形成装置５０において、光源４Ｒ，４Ｇ及び４Ｂから射出された各色帯域のレーザ光Ｌｒ，Ｌｇ及びＬｂは、図示しない円筒レンズ等の集光レンズによって、Ｘ方向には所定のスポットサイズに集光され、Ｙ方向には所定幅にコリメートされたコリメート光とされて色合成部６に入射される。そして色合成部６においてそれぞれの相対的な位置を調整されて、光軸が所定方向に所定量ずれた３本の光束に合成される。そして光変調装置組立体１に各色光が入射され、図示しない駆動部からの入力信号により、各色光に対応する光変調装置がそれぞれ独別に駆動され、例えば回折格子型の光変調素子の各電極が制御されて変調され、外部に射出される。
【００３１】
光変調装置組立体１から射出された変調光Ｌは、ミラー（図示せず）又は必要に応じてプリズム等の色合成部により一本の光束とされて、フーリエ面に配置される空間フィルター７に入射される。そしてこの空間フィルター７により例えば１次回折光が選択され、結像レンズ（図示せず）等を介して走査光学部８に入射される。そして走査光学部８により反射され、投影光学部９によりスクリーン等の表示面１０に向かって矢印Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，・・・で示すように投影され、表示面１０上において矢印Ｓで示すように走査照射される。これにより、表示面１０上で画像が形成される。
【００３２】
前述したように、光変調装置として図１５〜図１７において説明した１次元回折格子型の光変調装置を用いる場合、可動電極が動作しない状態では空間フィルター７で光が遮光され、可動電極に駆動電圧を印加した動作状態で例えば±１次回折光が射出され、空間フィルター７を通過する。可動電極に印加する駆動電圧を制御することで、表示面１０に投影される光のオン／オフを制御し、また回折光の強度を変化させて、階調制御を行うことができる。
【００３３】
このような構成とする光変調装置１２Ｒ，１２Ｇ及び１２Ｂを、前述の図３に示すように、単一の支持部材３０上に設けて光変調装置組立体１を構成する場合の色合成部６の配置構成の一例を図５に示す。図５は、図４に示す画像形成装置５０の色合成部６の拡大平面図である。この場合、色合成部６をＬ字プリズムより構成するが、各光源から入射される光の光軸を一部ずらして色合成部６に入射させる。図示の例では、緑色光Ｌｇは色合成部６の光軸に沿って入射されるが、赤色光Ｌｒ及び青色光Ｌｂはそれぞれ一点鎖線Ｃ１、二点鎖線Ｃ２で示す光軸からずらして入射される。このように入射位置をずらすことにより、出射される各色光の相対的な位置が調整される。各光変調装置（図示せず）に入射光を導くミラー（図示せず）はこの場合、光の進行方向に沿う方向と直交する方向にずらして配置される。
【００３４】
図３に示す例では、線状光の長手方向であるＹ方向に各色の光変調装置１２Ｒ，１２Ｇ及び１２Ｂを配列した場合を示し、この場合の概略構成図を図６Ａに示す。図６Ａの例では、図５において光源（図示せず）から射出される線状光の長手方向は、矢印ａ１で示すように光変調装置組立体１からの射出光Ｌの光軸と直交し、図５の紙面に沿う方向とすればよい。
【００３５】
一方、図６Ｂに示すように、Ｙ方向と直交するＸ方向に各色の光変調装置１２Ｒ，１２Ｇ及び１２Ｂを配列してもよい。この場合は、図５において線状光の長手方向は、矢印ｂ１で示すように、射出光Ｌの光軸と直交し、且つ図５の紙面と直交する方向とされる。
【００３６】
図６に示すれいでは、光Ｌの進行方向と直交する方向に光変調装置１２Ｒ，１２Ｇ及び１２Ｂを配列する場合であるが、逆に、図７に示すように、光の進行方向に沿って、各光変調装置１２ｒ、１２Ｇ及び１２Ｂを配列することも可能である。図７においては、Ｘ方向を光Ｌの進行方向に沿う方向とし、このＸ方向に各色に対応する光変調装置１２Ｒ、１２Ｇ及び１２Ｂを配列して光変調装置組立体１を構成す場合を示す。図７において、図３と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
【００３７】
図８に、この場合の色合成部（図示せず）からの各色光Ｌｒ，Ｌｇ及びＬｂの入射する様子を模式的に示す。図５に示す例と同様の構成で僅かに光軸を分離された各色光Ｌｒ（実線）、Ｌｇ（一点鎖線）、Ｌｂ（破線）を図示しないミラーにより支持部材３０上の各光変調装置１２Ｒ，１２Ｇ及び１２ｂに入射させる。図８に示す例では、各光変調装置１２Ｒ，１２Ｇ及び１２Ｂは各光Ｌｒ，Ｌｇ及びＬｂの進行方向に沿って配列され、各光変調装置１２Ｒ，１２Ｇ及び１２Ｂに入射光を導くミラー（図示せず）も各光の進行方向に沿って位置をずらして配置される。
【００３８】
図９Ａは、図７に示す光変調装置組立体１のように、各光変調装置１２Ｒ，１２Ｇ及び１２ＢをＸ方向に配列した場合の模式的な構成図である。この場合は線状光の長手方向は図８において矢印ａ２で示すように、光変調装置組立体１からの射出光Ｌの光軸と直交し、且つ図８の紙面と直交する方向となる。
【００３９】
また、図９Ｂに示すように、各光変調装置１２Ｒ，１２Ｇ及び１２ＢをＹ方向に配列してもよい。この場合は線状光の長手方向は図８において矢印ｂ２で示すように、射出光Ｌの光軸と直交し、図８の紙面に沿う方向とすればよい。
【００４０】
また、図１０に示すように、図３に示す光変調装置１２Ｒ，１２Ｇ及び１２Ｂを接続した状態、すなわち単一の光変調装置１２として構成することも可能である。図１０において、図１，図３等と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。この例では、光変調素子１１は光変調装置１２に一列に配置される。また、駆動部１６はそれぞれに配置されており、独立に駆動することが可能である。例えば赤、緑及び青色の３色を照射する場合には光変調素子１１内の領域を区分して、それぞれの領域に各色の光を照射、変調することでカラー表示が可能である。
【００４１】
図１０に示す例において、駆動部１６は光変調素子１１に対して６個設ける場合を示すが、駆動部１６の数には特に制限はない。このように光変調素子１１を一体化し、すなわち単一の光変調装置１２によって複数の波長の光を変調する場合は、光変調素子１１の各色間における位置精度の調整は不要となる。
この場合、１つの光変調素子１１内の区分された領域で異なる波長の光を変調することができる。例えば、１次元回折格子型の光変調素子でハイビジョンを投影するプロジェクターに適用する場合は、１０８０ピクセルの３倍である３２４０ピクセル分を１つの光変調素子に作製すればよい。この場合、赤色Ｒ、緑色Ｇ及び青色Ｂの光をピクセルで上から３分割してもよく、また、第１ピクセルをＲ、第２ピクセルをＧ、第３ピクセルをＢ、第４ピクセルをＲ、・・・のように混ぜて駆動することも可能である。どのピクセルにどの光源からの光を照射するかは問わない。
【００４２】
なお、このような光変調装置組立体１を用いる場合、異なる波長の光を上述したように光変調素子１１の区分を領域して空間的に異なるピクセル（に対応する電極群）に照射してもよいが、時間軸で分割してもよい。時間的に分割することで同一ピクセル（に対応する電極群）に異なる波長帯域の光を照射することも可能となる。すなわち、図１１Ａ〜Ｃに示すように、一定時間を赤色画像Ｒ、次の一定時間を緑色画像Ｇ、次の一定時間は青色画像Ｂを光変調素子１１で変調し、それぞれ矢印Ｓで示すように走査して表示面にカラー画像を表示する事も可能である。
【００４３】
このように時間分割する場合は、例えば３色表示の場合、１ピクセルの駆動時間が１／３となる。ここで例えば光変調素子１１として前述のＧＬＶを用いる場合、その立ち上がり応答特性は、図１２に示すように、１．３μｓと極めて速い。したがって、ハイビジョン画質であっても１／６０秒で表示する場合は１ピクセル８．７μｓ、３色を１変調素子でまかなう場合は２．９μｓで画像表示でき、十分な応答速度といえる。
【００４４】
時分割の方法は、図１１Ａ〜Ｃに示すように１画面分のみではなく、例えば図１３Ａに示すように、矢印Ｓで示す走査方向に関して一つの縦画像分を各色で表示する事も可能である。また、図１３Ｂに示すように、縦画像数列分（図示の例では３列）分を一つの波長帯域の色画像として、Ｒ，Ｇ，Ｂと順次表示することも可能である。
【００４５】
上述したように、本発明の光変調装置組立体においては、異なる波長帯域の光に対応する光変調装置を単一の支持部材上に配置するものであり、光学的な調整が簡易化され、また光学系の構成の小型化が可能となる。
【００４６】
また、１つの光変調素子内の同じ領域で異なる波長の光を変調することも可能である。例えば、時間軸を３分割し、Ｒ、Ｇ、Ｂの順（順不同）に同じピクセルに照射することによって、１つの光変調装置で３色の表示が可能である。例えばＧＬＶ型の光変調素子を用いる場合は、可動電極の応答速度が十分高速であるため、ハイビジョン画質であっても１秒間に１８０枚以上の投影が可能であり、３色を単一の光変調素子でまかなうことができることになる。
【００４７】
そして本発明による場合は、光変調装置１２（１２Ｒ，１２Ｇ及び１２Ｂ）を支持する支持部材３０が発熱等によって膨張しても、各色毎の光変調素子間での温度差を抑制できる。例えば前述したようにハイビジョン画質を表示する場合には、縦画素１０８０ピクセル、横画素１９２０ピクセルであり、１／４ピクセルのずれを許容したとしても、縦画素で画素全サイズの４３２０分の１、横画素で画素全サイズの７６８０分の１の精度が必要となるが、本発明による場合は１／４ピクセルのずれを位置合わせすればよい。
【００４８】
また、支持部材３０がＡｌ２Ｏ３より成る場合は、前述したように熱膨張率は３．１×１０−６／Ｋ程度であり、１℃の温度差があると素子長さの３．１ｐｐｍ分だけ位置がずれることになる。図１４に実際のモジュールに組み込んだ光変調素子の両端の熱膨張の様子を示す。この例では、光変調素子の両端に十字マークを設け、この十字マーク間の２０℃における距離を基準として、発熱によって十字マーク間距離が膨張する様子をプロットしたものである。図１４の結果から、例えば１０℃の温度差がある場合には、０．９３μｍの位置ずれが発生することがわかる。
【００４９】
これに対し、本発明の実施の形態による光変調装置組立体１においては、光変調装置１２（１２Ｒ，１２Ｇ及び１２Ｂ）を単一の支持部材３０に配置するので、装置間の温度差は考慮する必要がない。また、図１０に示す例のように、単一の光変調装置１２を設け、同じ領域で異なる波長の光を変調する場合には、ミラーの数を低減でき、画像形成装置全体のサイズの小型化、簡略化、ひいてはコストダウンも可能となる。
【００５０】
なお、本発明は上述の実施形態例において説明した構成に限定されるものではなく、その他本発明構成を逸脱しない範囲において種々の変形、変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の実施の形態に係る光変調装置組立体の概略断面構成図である。
【図２】従来の光変調装置組立体の概略平面構成図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る光変調装置組立体の概略平面構成図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る画像形成装置の概略構成図である。
【図５】本発明の実施の形態に係る画像形成装置の要部の概略平面構成図である。
【図６】Ａ及びＢは本発明の実施の形態に係る光変調装置組立体の概略平面構成図である。
【図７】本発明の実施の形態に係る光変調装置組立体の概略平面構成図である。
【図８】本発明の実施の形態に係る画像形成装置の要部の概略構成図である。
【図９】Ａ及びＢは本発明の実施の形態に係る光変調装置組立体の概略平面構成図である。
【図１０】本発明の実施の形態に係る光変調装置組立体の概略平面構成図である。
【図１１】Ａ〜Ｃは本発明の実施の形態に係る画像形成装置の駆動方法の説明図である。
【図１２】回折格子型の光変調装置の立ち上がり応答速度を示す図である。
【図１３】Ａ及びＢは本発明の実施の形態に係る画像形成装置の駆動方法の説明図である。
【図１４】光変調素子の温度変化による線膨張の変化の一例を示す図である。
【図１５】回折格子型の光変調装置の概略平面構成図である。
【図１６】Ａ及びＢは回折格子型の光変調装置の要部の概略側面構成図である。
【図１７】Ａは回折格子型の光変調装置の要部の概略側面構成図、Ｂは回折格子型の光変調装置の概略断面構成図である。
【図１８】従来の画像形成装置の概略構成図である。
【符号の説明】
【００５２】
１・・・光変調装置組立体、４Ｒ，４Ｇ，４Ｂ・・・光源、６・・・光合成部、７・・・空間フィルター、８・・・走査光学部、９・・・投影光学部、１０・・・表示面、１１・・・光変調素子、１２（１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂ）・・・光変調装置、１３・・・光透過部材、１４・・・スペーサ、１６・・・駆動部、１７・・・接着剤、１８・・・配線、１９・・・フレキシブル配線基板、２０・・・ポッティング樹脂、２１・・・樹脂、３０・・・支持部材、５０・・・画像形成装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持部材と、
前記支持部材上に配置され、異なる波長帯域の複数の線状の光を変調する光変調装置と、
前記光変調装置を駆動する駆動部と、
前記光変調装置上に設けられる光透過部材と、を有する
光変調装置組立体。
【請求項２】
前記光変調装置は、前記複数の光に対応して複数設けられる請求項１に記載の光変調装置組立体。
【請求項３】
前記光変調装置内の複数の領域で前記異なる波長帯域の複数の光が変調される請求項１に記載の光変調装置組立体。
【請求項４】
前記光変調装置は、回折格子型の光変調素子が１次元状に配置されて成る光変調装置である請求項１〜３のいずれか１項に記載の光変調装置組立体。
【請求項５】
異なる波長帯域の光を出射する光源と、
前記光源からの光を合成する光合成部と、
前記光合成部において光路が調整されて前記光源からの光が入射される光変調装置組立体と、
前記光変調装置組立体の光変調装置に画像信号に対応した駆動信号を出力する制御部と、
前記光変調装置により変調された光を表示面に対して走査する走査光学部と、を備え、
前記光変調装置組立体は、
支持部材と、
前記支持部材上に配置され、異なる波長帯域の複数の線状の光を変調する光変調装置と、
前記光変調装置を駆動する駆動部と、
前記光変調装置上に設けられる光透過部材と、を有する
画像形成装置。
【請求項６】
支持部材上に、異なる波長帯域の複数の線状の光を変調する１次元回折格子型の光変調装置を設けて光変調装置組立体を構成し、
前記光変調装置によって画像信号に対応して変調された異なる波長帯域の光を、時分割で表示面に対して走査照射する
画像形成装置の駆動方法。
【請求項７】
前記光変調装置組立体に、光変調装置を複数配置し、
前記異なる波長帯域の光を前記複数の光変調装置でそれぞれ変調する請求項６に記載の画像形成装置の駆動方法。
【請求項８】
前記光変調装置組立体に、１つの光変調装置を配置し、
前記異なる波長帯域の光を前記光変調装置内の区分された領域で変調する請求項６に記載の画像形成装置の駆動方法。
【請求項１】
支持部材と、
前記支持部材上に配置され、異なる波長帯域の複数の線状の光を変調する光変調装置と、
前記光変調装置を駆動する駆動部と、
前記光変調装置上に設けられる光透過部材と、を有する
光変調装置組立体。
【請求項２】
前記光変調装置は、前記複数の光に対応して複数設けられる請求項１に記載の光変調装置組立体。
【請求項３】
前記光変調装置内の複数の領域で前記異なる波長帯域の複数の光が変調される請求項１に記載の光変調装置組立体。
【請求項４】
前記光変調装置は、回折格子型の光変調素子が１次元状に配置されて成る光変調装置である請求項１〜３のいずれか１項に記載の光変調装置組立体。
【請求項５】
異なる波長帯域の光を出射する光源と、
前記光源からの光を合成する光合成部と、
前記光合成部において光路が調整されて前記光源からの光が入射される光変調装置組立体と、
前記光変調装置組立体の光変調装置に画像信号に対応した駆動信号を出力する制御部と、
前記光変調装置により変調された光を表示面に対して走査する走査光学部と、を備え、
前記光変調装置組立体は、
支持部材と、
前記支持部材上に配置され、異なる波長帯域の複数の線状の光を変調する光変調装置と、
前記光変調装置を駆動する駆動部と、
前記光変調装置上に設けられる光透過部材と、を有する
画像形成装置。
【請求項６】
支持部材上に、異なる波長帯域の複数の線状の光を変調する１次元回折格子型の光変調装置を設けて光変調装置組立体を構成し、
前記光変調装置によって画像信号に対応して変調された異なる波長帯域の光を、時分割で表示面に対して走査照射する
画像形成装置の駆動方法。
【請求項７】
前記光変調装置組立体に、光変調装置を複数配置し、
前記異なる波長帯域の光を前記複数の光変調装置でそれぞれ変調する請求項６に記載の画像形成装置の駆動方法。
【請求項８】
前記光変調装置組立体に、１つの光変調装置を配置し、
前記異なる波長帯域の光を前記光変調装置内の区分された領域で変調する請求項６に記載の画像形成装置の駆動方法。
【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１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【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１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【公開番号】特開２０１０−３２８１０（Ｐ２０１０−３２８１０Ａ）
【公開日】平成２２年２月１２日（２０１０．２．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１９５４８３（Ｐ２００８−１９５４８３）
【出願日】平成２０年７月２９日（２００８．７．２９）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年２月１２日（２０１０．２．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年７月２９日（２００８．７．２９）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
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