JP2003315693A - 画像表示素子及びこれを用いたプロジェクタ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 安価で且つ簡素な構造によって薄厚化が可能
な画像表示素子及びこれを用いたプロジェクタ装置を提
供し、もって、プロジェクタ装置全体のコスト低減、小
型化を図る。 【解決手段】 透明基板２１と、透明基板２１の一方の
面に設けられ導入した光を電気機械動作によって光変調
する光変調部１５と、透明基板２１の他方の面に設けら
れ透明基板２１を透過する光を屈折させるフレネルレン
ズ１９とを具備した。そして、プロジェクタ装置は、こ
の画像表示素子１００と、画像表示素子１００に光を導
入する光源と、画像データを光変調部１５の駆動用信号
に変換する信号処理部とを備え、画像データに応じて光
変調部１５をオン・オフ制御することで形成した画像
を、フレネルレンズ１９によって拡大結像させて投影す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、導入した光を電気
機械動作によって光変調して画像を形成する画像表示素
子及びこれを用いたプロジェクタ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】静止画又は動画をスクリーンに投影して
拡大画像を表示するものにプロジェクタ装置がある。こ
の種のプロジェクタ装置には、投影画像の元となる画像
を液晶表示素子（ＬＣＤ）を用いて表示し、このＬＣＤ
に光源からの光を透過させて、ＬＣＤに形成した画像を
スクリーンに拡大結像させて投影するものがある。

【０００３】ＬＣＤは、導電性透明膜を形成した一対の
透明基板間に、配向した液晶を入れて封止し、これを偏
光方向を直交させた偏光板で挟み、導電性透明膜に電圧
を印加することで、液晶分子を基板に対して垂直に配向
し、光源からの光の透過率を変化させることにより画像
を表示する。ところが、ＬＣＤは、光源からの光を偏光
板や配向した液晶分子同士の間に透過させるため、光利
用効率が低下すると共に、液晶の注入・配向等の煩雑な
製造工程が必要であり、しかも、印加電圧が高く、且つ
高速駆動が困難な欠点があった。

【０００４】そこで、ＬＣＤと比較して高速変調が可能
で、デジタル画像を高画質で表示することに優れ、光源
からの導入光を電気機械動作によって光変調する光変調
部を備えたプロジェクタ装置が提案されている。このプ
ロジェクタ装置は、図１３に示すように、ガラス基板等
からなる透明基板１の一方の面に光変調部３を設け、透
明基板１の他方の面に、透明基板１から離間させてレン
ズ５を対向配置し、図中右方の図示しない光源から出射
した光をレンズ５によって屈折させ、その屈折光を光変
調部３に透過させることにより、光変調部３に形成した
画像７ａを、図示しないスクリーンに投影画像７ｂとし
て拡大結像する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、電気機
械動作によって光変調する光変調部を備えた上記のプロ
ジェクタ装置は、透明基板の他方の面に、レンズを離間
させて対向配置しているため、レンズを透明基板に対し
て確実に固定する保持構造及びそのためのスペースが必
要になると同時に、レンズを高精度に位置決めしなけれ
ばならず、レンズの組付け作業性が悪く、製造コストが
高くなる問題があった。また、透明基板に対して、別体
のレンズを離間させて配置しているため、透明基板とレ
ンズとの距離が光学的に長くなり、プロジェクタ装置の
要部が薄型化困難となって、プロジェクタ装置全体の小
型化が行えない問題があった。

【０００６】本発明は上記状況に鑑みてなされたもの
で、安価で且つ簡素な構造によって薄厚化が可能な画像
表示素子及びこれを用いたプロジェクタ装置を提供し、
もって、プロジェクタ装置全体のコスト低減、小型化を
図ることを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明に係る請求項１記載の画像表示素子は、透明基
板と、該透明基板の一方の面に設けられ導入した光を電
気機械動作によって光変調する光変調部と、前記透明基
板の他方の面に設けられ該透明基板を透過する光を屈折
させるフレネルレンズとを具備したことを特徴とする。

【０００８】この画像表示素子では、透明基板の他方の
面にフレネルレンズを設けることで、光変調動作に影響
を与えない側の透明基板の一面を利用して光学系が組み
付けられ、別体のレンズを対面させて設けていた従来構
造に比べ、レンズの組付け作業性が良好になり且つレン
ズとの距離が短くなる。これにより、画像表示素子が簡
素化され、安価且つ薄厚（小型）にできる。

【０００９】請求項２記載の画像表示素子は、前記フレ
ネルレンズが、前記透明基板と一体に形成されているこ
とを特徴とする。

【００１０】この画像表示素子では、透明基板とフレネ
ルレンズとが一部材で構成可能となる。フレネルレンズ
を透明基板と一体に形成するには、透明基板へ食刻して
もよく、一体成形加工してもよい。これにより、透明基
板とフレネルレンズとが、同一の媒質となって且つ両者
の間に境界面も存在しなくなり、境界面での反射が皆無
となって高い透過率が得られるようになる。

【００１１】請求項３記載の画像表示素子は、前記透明
基板とは別体で形成したフレネルレンズを、前記透明基
板の他方の面に貼着したことを特徴とする。

【００１２】この画像表示素子では、フレネルレンズを
透明基板とは別体で形成することにより、それぞれの部
材に適した材質の選択が可能となる。また、それぞれの
部材に最適な製造方法が採用可能となり、生産性を高め
て製造コストの低減が可能になる。さらに、予め製造し
た異仕様のフレネルレンズの中から所望のものを選択し
て貼着できるようになり、多種多様の画像表示素子の製
造に柔軟に対応可能となる。

【００１３】請求項４記載の画像表示素子は、透明基板
と、該透明基板の一方の面に設けられ導入した光を電気
機械動作によって光変調する光変調部と、前記透明基板
の他方の面に固着した第１の透明平板と、該第１の透明
平板の面に対して平行に前記透明基板を挟んで配置した
第２の透明平板と、前記第１及び第２の透明平板の側面
を囲む周壁部材とを具備し、前記光変調部を収容する収
容空間を形成すると共に、前記第１又は第２の透明平板
のいずれかの外面にフレネルレンズを設けたことを特徴
とする。

【００１４】この画像表示素子では、光変調部が封止さ
れる収容空間内に収容され、外部雰囲気から遮断でき、
光変調部の可動薄膜等に埃等等の付着や変質等が防止で
き、光変調動作の信頼性が高められる。また、封止体の
透明平板を利用して光学系が組み付けられ、別体のレン
ズを対面させて設けていた従来構造に比べ、レンズの組
付け作業性が良好になり、且つレンズとの距離が短くな
る。これにより、画像表示素子が簡素化され、安価且つ
薄厚（小型）にできる。

【００１５】請求項５記載の画像表示素子は、前記フレ
ネルレンズが、前記第１又は第２の透明平板のいずれか
と一体に形成されていることを特徴とする。

【００１６】この画像表示素子では、透明平板とフレネ
ルレンズとが一部材で構成可能となる。フレネルレンズ
を透明基板と一体に形成するには、透明基板へ食刻して
もよく、一体成形加工してもよい。これにより、透明基
板とフレネルレンズとが、同一の媒質となって且つ両者
の間に境界面も存在しなくなり、境界面での反射が皆無
となって高い透過率が得られるようになる。

【００１７】請求項６記載の画像表示素子は、前記透明
平板とは別体で形成したフレネルレンズを、前記第１又
は第２の透明平板に貼着したことを特徴とする。

【００１８】この画像表示素子では、フレネルレンズと
透明平板とを別体で形成することにより、それぞれの部
材に適した材質の選択が可能となる。また、それぞれの
部材に最適な製造方法が採用可能となり、生産性を高め
て製造コストの低減が可能になる。さらに、予め製造し
た異仕様のフレネルレンズの中から所望のものを選択し
て貼着できるようになり、多種多様の画像表示素子の製
造に柔軟に対応可能となる。

【００１９】請求項７記載の画像表示素子は、前記フレ
ネルレンズと前記光変調部との距離が、前記フレネルレ
ンズの焦点距離よりも短いことを特徴とする。

【００２０】この画像表示素子では、フレネルレンズに
より拡大された像を、正立虚像として観察することがで
きる。

【００２１】請求項８記載の画像表示素子は、前記光変
調部が、基板に対して接近・離間方向に移動自在に支持
された可動部と、前記可動部及び基板の双方にそれぞれ
対峙して設けた一対の電極とを具備し、前記電極間に駆
動電圧を印加することで発生する静電気力によって、前
記可動部を前記基板に対して吸引動作させ、導入光に対
する透過率を光学的干渉効果により変化させることを特
徴とする。

【００２２】この画像表示素子では、静電気力によって
可動部が基板に対して吸引動作され、導入光に対する透
過率が変化する。このような光学的干渉効果による光変
調を行うことで、画像表示素子の小サイズ化、低電圧
化、表示動作の高速化が可能になる。

【００２３】請求項９記載のプロジェクタ装置は、請求
項１〜請求項８のいずれか１項記載の画像表示素子を用
いたプロジェクタ装置であって、前記画像表示素子に光
を導入する光源と、表示用の画像データを前記光変調部
の駆動用信号に変換する信号処理部とを備え、前記画像
データに応じて前記光変調部をオン・オフ制御して形成
した画像を、前記フレネルレンズによって拡大結像させ
て投影することを特徴とする。

【００２４】このプロジェクタ装置では、光変調部に形
成した画像が透明基板又は透明平板に設けたフレネルレ
ンズによって拡大されて投影される。そして、光変調部
が簡素な構造となるため、画像表示素子はレンズとの距
離が短くなる。これにより、プロジェクタ装置の要部が
薄型となり、プロジェクタ装置全体の小型化が可能とな
る。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る画像表示素子
及びこれを用いたプロジェクタ装置の好適な実施の形態
について図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明
に係る画像表示素子の断面図、図２は図１の画像表示素
子を搭載したプロジェクタ装置の概略構成を示す図、図
３は画像表示素子とその光変調部の一部拡大図、図４は
光変調部の個々の素子構成の一例とその動作を説明する
断面図である。

【００２６】本実施形態の画像表示素子１００は、図１
に示すように、透明基板２１と、この透明基板２１の一
方の面に設けられ導入した光を電気機械動作によって光
変調する光変調部１５と、透明基板２１の他方の面に設
けられ透過する光を屈折させるフレネルレンズ１９とを
備えて成る。透明基板２１は、導入される光に対して透
明であればよく、例えば、ガラス基板やプラスチック基
板等を用いることができる。

【００２７】図２は、上記画像表示素子１００をプロジ
ェクタ装置に適用した一構成例である。このプロジェク
タ装置１５０は、画像表示素子１００と、画像表示素子
１００に光を導入する光源１１と、画像表示素子１００
の光変調部１５に画像データを駆動用信号に変換して送
出する信号処理部１７と、入力される種々の形態の画像
信号をＲＧＢの画像データ形態に変換する入力画像信号
処理部１８とを備え、画像データに応じて光変調部１５
をオン・オフ制御することで形成した画像７ａを、フレ
ネルレンズ１９によって拡大し、投影画像７ｂとして図
示しないスクリーンに拡大投影する。なお、フレネルレ
ンズ１９は、光変調部１５の光入射側又は光出射側のい
ずれに配設するものであってもよく、本実施形態では、
フレネルレンズ１９を透明基板２１の光入射側に配設し
ている。

【００２８】光変調部１５は、図３に示すように、光変
調素子１６が縦横に２次元配列されてなり、個々の光変
調素子１６がそれぞれ個別に信号処理部１７によってオ
ン・オフ制御される、所謂、単純マトリクス駆動で制御
される。個々の光変調素子１６は、例えば図４に示すよ
うに、透明基板２１上に可撓性を有する可動薄膜（可動
部）２３が支柱２４を介して支持され、透明基板２１に
対して接近・離反方向に移動自在になっている。この可
動薄膜２３と透明基板２１との双方には、それぞれ対峙
する面から、透明電極２５，２６と誘電体多層膜２７，
２８とがそれぞれこの順で設けられている。即ち、可動
薄膜２３と透明基板２１の間には、一対の透明電極２
５，２６とその内側に一対の誘電体多層膜２７，２８と
が設けられている。

【００２９】透明電極２６は、変調する光に対して透明
であればよく、例えばＩＴＯ等からなる。誘電体多層膜
２７，２８は、例えばＳｉＯ₂／ＴｉＯ₂の多層積層体か
らなる。そして、透明電極２５，２６間に駆動電圧を印
加すると、各透明電極２５，２６間に静電気力が発生
し、可動薄膜２３が図４（ａ）に示す状態から、図４
（ｂ）に示すように透明基板２１側へ吸引されて移動す
る。このような電気機械動作により、可動薄膜２３と透
明基板２１との間の空隙２９の厚みをｔ_Offからｔ_{o n}に
変更することで、導入光に対する光変調素子の光学的特
性を変化させて光のオン・オフ制御を行う。つまり、可
動薄膜２３を撓ませることにより、多層膜干渉（ファブ
リペロー干渉）を発生させて光変調を行う。なお、この
光変調素子１６の詳細については、例えば特開平１１−
２５８５５８号公報に説明されているので、適宜これを
参照されたい。

【００３０】上記の光変調素子１６を一画素とし、各光
変調素子１６を信号処理部１７から出力される駆動電圧
によって電気機械動作させることで、画像データに基づ
いた画像７ａが表示される。

【００３１】ところで、画像表示素子１００は、前述し
たようにフレネルレンズ１９を透明基板２１の他方の面
に設けているが、フレネルレンズ１９と透明基板２１と
を一体に構成してもよい。その場合、フレネルレンズ１
９は、透明基板２１の他方の面を食刻又は一体成形する
ことによって形成できる。これにより、素子構成を簡略
化できると共に、透明基板２１とフレネルレンズ１９と
の間に境界面が存在しなくなり、境界面での反射が皆無
となって高い光透過率を得ることができる。また、フレ
ネルレンズ１９を、透明基板２１とは別体に形成し、透
明基板２１の他方の面に貼着するものであってもよい。
この場合には、それぞれの部材に適した材質が選択で
き、設計自由度を高められる。また、予め用意した焦点
距離等の異なる複数のフレネルレンズ１９の中から所望
のものを選択して貼着できるようになり、画像表示素子
１００の適用対象を広範にでき、汎用性を持たせること
ができる。そして、このフレネルレンズ１９は、フレネ
ルレンズ１９と光変調部１５との距離が、フレネルレン
ズ１９の焦点距離よりも短いものを用いる。これによ
り、フレネルレンズ１９により拡大された像を、正立虚
像として観察することができる。

【００３２】次に、画像表示素子１００を駆動するため
の信号処理について説明する。図５に信号処理部１７の
構成を表すブロック図を示した。入力画像信号処理部１
８に入力される画像信号としては、通常、ビットマップ
形式のＲＧＢ信号、輝度信号Ｙと色信号Ｃを合成したコ
ンポジット・ビデオ信号（Ｙ／Ｃ信号）、或いはＪＰＥ
Ｇ等の圧縮データ信号等がある。ＲＧＢ信号はそのまま
画像データ３０として利用できるが、圧縮データ信号
は、伸長処理部３２で伸長してＹ／Ｃ信号に変換し、Ｙ
／Ｃ信号は、ＹＣ／ＲＧＢ変換部３４でＲＧＢ信号に変
換する。これらの変換処理はソフトウェアによってもハ
ードウェアによっても行える。

【００３３】信号処理部１７は、主に、データフォーマ
ット変換部３１と、単純マトリクス駆動タイミング発生
部３３と、信号レベル変換部３５とを有している。デー
タフォーマット変換部３１では、入力される画像データ
３０を、その濃淡パターンに応じて各光変調素子へのオ
ン・オフ信号に変換する。このとき、良好な階調表現の
ために、予め用意されたルックアップテーブルＬＵＴを
参照して、適宜階調変換することで最適化を図ることが
ある。単純マトリクス駆動タイミング発生部３３では、
マトリクス配列された各光変調素子へのオン・オフ信号
を単純マトリクス駆動用信号として生成し、信号レベル
変換部３５では、生成された単純マトリクス駆動用信号
を所定の駆動信号に電圧レベルを変換して光変調部１５
に送出する。これにより、画像データ３０に基づく画像
７ａが画像表示素子１００に表示される。

【００３４】ここで、図６〜図９を参照して画像表示素
子１００を単純マトリクス駆動するための具体的な制御
方法を説明する。図６は印加電圧に対する光透過率のヒ
ステリシス特性を示す説明図、図７は光変調素子を２次
元配列した光変調部の一部分を示す図、図８は光変調素
子への入力信号をまとめて示す説明図、図９は光変調素
子への画像データ書込み用信号を示す説明図である。可
動薄膜を静電気力によって変形及び弾性復帰させる際、
電極２５，２６への印加電圧と可動薄膜２３の変位との
関係はヒステリシス特性を示す。従って、印加電圧Ｖgs
と光透過率Ｔとの関係も、図６に示すようなヒステリシ
ス特性を示す。

【００３５】このヒステリシス特性によれば、光変調素
子１６は、印加電圧ＶgsがＶth(L)以下であると、ＯＦ
Ｆ（光遮蔽）状態を維持する。一方、印加電圧ＶgsがＶ
s (H) 以上になると、光変調素子１６はＯＮ（光透過）
状態に飽和する。その後、光変調素子１６は、印加電圧
ＶgsがＶth(H) 以上ではＯＮ状態を維持したままとな
る。そして、印加電圧ＶgsがＶs (L) 以下になると、光
変調素子１６はＯＦＦ状態に飽和する。即ち、光変調素
子１６は、印加電圧ＶgsがＶth(H) とＶth(L) との間の
範囲であれば、印加電圧Ｖgsの履歴によって、Ｔ（Ｏ
Ｎ）、Ｔ（ＯＦＦ）の二つの状態を得ることができる。
なお、印加電圧Ｖgsの極性が負の場合には、上述と縦軸
対象の特性になる。

【００３６】上記特性の光変調素子１６を、図７に示す
ように、説明の簡略化のため２行２列のマトリクスの各
交点Ｔr(1,1)、Ｔr(1,2)、Ｔr(2,1)、Ｔr(2,2)にそれぞ
れ配置した構成とする。なお、各光変調素子１６は一画
素の領域に対応させてある。

【００３７】同じ行に配列された光変調素子１６の可動
薄膜２３側の電極２６は、それぞれ共通に接続して走査
電極としてある。この走査電極には電位Ｖg が印加され
る。また、同じ列に配列された光変調素子１６の透明基
板２１側の電極２５は、それぞれ共通に接続して信号電
極としてある。この信号電極には電位Ｖb が印加され
る。従って、各光変調素子１６に印加される電極２５，
２６間の電圧Ｖgsは（Ｖb −Ｖg ）となる。このマトリ
クス状の光変調素子１６を駆動するには、走査信号に従
って、行順次に走査電極を走査し、これと同期させ、走
査された走査電極に対応するデータ信号を信号電極に印
加する。

【００３８】ここで、図８に示すように、走査電極に
は、リセット信号、選択信号、非選択信号の三種類の信
号（電圧）が与えられる。リセット信号は、光変調素子
１６の以前の状態に拘わらず、その行の光変調素子１６
をＯＦＦ（光遮蔽）にする。この時の走査電極の電圧を
Ｖg(r)とする。

【００３９】選択信号は、その行にデータを書き込むた
めの信号である。この信号と同時に、信号電極に印加さ
れた電圧に従い、光変調素子１６の状態がＯＮ（光透
過）又はＯＦＦ（光遮蔽）に決定される。この時の走査
電極の電圧をＶg(s)とする。非選択信号は、選択がなさ
れないときの信号である。この時、信号電極の電圧に拘
わることなく光変調素子１６の状態は変わらず、前の状
態が維持される。この時の走査電極の電圧をＶg(ns) と
する。

【００４０】一方、信号電極には、ＯＮ信号、ＯＦＦ信
号の二種類の信号（電圧）が与えられる。ＯＮ信号は、
選択された行の光変調素子１６に対し、光変調素子１６
の状態をＯＮ（光透過）にする。この時の信号電極の電
圧をＶb(on) とする。ＯＦＦ信号は、選択された行の光
変調素子１６に対し、光変調素子１６の状態をＯＦＦ
（光遮蔽）にする。但し、実際には、直前で光変調素子
１６がリセットされることを想定しているので、光変調
素子１６の状態をＯＦＦ（光遮蔽）にする場合は、前の
状態（ＯＦＦ状態）を維持する信号でよい。この時の信
号電極の電圧をＶb(off)とする。

【００４１】以上の走査電極電圧、信号電極電圧の組み
合わせにより、光変調素子１６の電極間電圧Ｖgsは、以
下の６種類の電圧に分けられる。また、電極間電圧Ｖgs
と透過率の特性により、特定の条件が与えられることに
なる。 Ｖgs(r-on) ＝Ｖb(on) −Ｖg(r) ≦ Ｖs(L) Ｖgs(r-off) ＝Ｖb(off)−Ｖg(r) ≦ Ｖs(L) Ｖgs(s-on) ＝Ｖb(on) −Ｖg(s) ≧ Ｖs(H) Ｖgs(s-off) ＝Ｖb(off)−Ｖg(s) ≦ Ｖth(L) Ｖgs(ns-on) ＝Ｖb(on) −Ｖg(ns) ≦ Ｖth(L) Ｖgs(ns-off)＝Ｖb(off)−Ｖg(ns) ≧ Ｖth(H)

【００４２】以上の各条件を、図８にまとめて示した。
例えば、走査電極電圧Ｖg がリセットＶg(r)で、信号電
極電圧Ｖb がＯＮ即ちＶb(on) の場合には、Ｖs(H)より
大きい値の信号電極電圧Ｖb （図中太実線４１）から、
Ｖs(H)とＶth(L) との間の値の走査電極電圧Ｖg （図中
太実線４３）が減算され、その値（図中太実線４５）が
Ｖs(L)より小さくなる。即ち、 Ｖgs(r-on)≦Ｖs(L) となる。その他同様にして、６種類の電圧が定まること
になる。

【００４３】次に、このような電極間電圧Ｖgsと透過率
との関係を利用して、光変調素子１６を２次元に配置し
たマトリクスにデータを書き込む方法を説明する。マト
リクスとしては、図７に示した２行２列のマトリクスを
用いてデータの書き込みを行うことを考える。マトリク
スの各光変調素子１６には、以下のＯＮ、ＯＦＦデータ
を書き込むものとする。 Ｔr(1,1) → ＯＮ Ｔr(1,2) → ＯＦＦ Ｔr(2,1) → ＯＦＦ Ｔr(2,2) → ＯＮ

【００４４】マトリクスには、図９に示すような波形の
電圧を印加する。例えば、１行目Ｖg(1)には、 ｔ１：リセット電圧 ｔ２：選択電圧 ｔ３：非選択電圧 ｔ４：非選択電圧 を印加する。１列目Ｖb(1)には、 ｔ１：don't care ｔ２：ＯＮ電圧 ｔ３：ＯＦＦ電圧 ｔ４：don't care を印加する。これにより、各光変調素子１６に所望のデ
ータが行順次で書き込まれる。

【００４５】即ち、例えば上述の１行１列目のマトリク
スＴr(1,1)の場合では、Ｖgs：Ｖb(1)−Ｖg(1)であるか
ら、 ｔ１：リセット電圧（ＯＦＦ） ｔ２：ＯＮ ｔ３＝状態維持 ｔ４＝状態維持となる。

【００４６】従って、ｔ２におけるＯＮの状態が維持
（メモリー）され、その結果、マトリクスＴr(1,1)は光
変調素子１６が「ＯＮ」の状態となる。その他、同様に
して、他のマトリクスＴr(1,2)は「ＯＦＦ」、Ｔr(2,1)
は「ＯＦＦ」、Ｔr(2,2)は「ＯＮ」の状態となる。以上
のように、走査電極を行順次でＯＮにし、それと同期さ
せて信号電極から任意の電位を印加することで、所望の
画像表示が行える。

【００４７】なお、本実施形態のプロジェクタ装置１５
０は、図１０に示すように、ビデオカメラ３７から出力
されるビデオ信号（アナログ信号）を、Ａ／Ｄ変換部３
９でデジタル画像化して画像データ３０に変換し、この
画像データ３０を上述したように信号処理部１７で処理
して、画像表示素子１００に表示させる構成としてもよ
い。また、前述の例は単純マトリクス駆動による表示制
御の説明であるが、画素毎にトランジスタ等の能動素子
を設けたアクティブ駆動方式による表示制御の構成であ
っても良い。その場合には、光変調素子にヒステリシス
特性を持たせずに変位のアナログ制御による画像表示が
可能になる。

【００４８】このように、本実施形態の画像表示素子１
００によれば、透明基板２１の一方の面に光変調部１５
を設け、他方の面にフレネルレンズ１９を設けたので、
光変調動作に関与しない側の透明基板２１の一面を有効
利用できる。このため、透明基板２１とは別体にレンズ
を対面させて設けていた従来構造に比べ、レンズを透明
基板に固定する保持構造及びそのためのスペースが不要
となり、また、レンズを高精度に位置決めする必要もな
いので、レンズの組付け作業が簡単となり、製造コスト
を抑えた簡単な構成にできる。そして、この画像表示素
子１００を用いてプロジェクタ装置１５０を構成するこ
とにより、投影動作を行うプロジェクタ装置の要部を薄
型化でき、その結果、プロジェクタ装置全体を小型、薄
型化することができる。

【００４９】次に、本発明に係る画像表示素子の第２実
施形態を説明する。図１１は本発明に係る画像表示素子
の第２実施形態を示す断面図、図１２は図１１に示した
画像表示素子の変形例を示す断面図である。本実施形態
による画像表示素子２００は、透明基板２１と、この透
明基板２１の一方の面に設けた光変調部１５と、透明基
板２１の他方の面に固着したガラス等の透明平板（第１
の透明平板）４５と、透明平板４５の面に対して平行に
透明基板２１を挟んで配置されたガラス等の透明平板
（第２の透明平板）４７と、透明平板４５，４７の側面
を囲む周壁部材４８とを備え、透明平板４５，４７と周
壁部材４８によって光変調部１５を収容する収容空間４
３を形成している。そして、透明基板２１の固着された
透明平板４７の外面にはフレネルレンズ１９を設けてい
る。

【００５０】このフレネルレンズ１９も、前述の画像表
示素子１００の場合と同様に、透明平板４７の外面をフ
レネルレンズ形状に食刻又は一体成形することによっ
て、透明平板４７と一体に形成することもでき、その場
合には、素子構成が簡略化されると共に高い光透過率を
得ることができる。また、フレネルレンズ１９は、透明
平板４７と別体で形成して透明平板４７の外面に貼着す
るものであってもよく、所望の仕様のレンズを選択的に
使用して、設計自由度を向上することができる。

【００５１】なお、画像表示素子２００は、図１２に示
すように、フレネルレンズ１９が光変調部１５側の光出
射側となる透明平板４７に配設された構成の画像表示素
子３００としてもよい。

【００５２】本実施形態による画像表示素子２００，３
００によれば、前述した第１実施形態の構成の効果に加
えて、光変調部１５が封止体４９の収容空間４３内に密
閉されて収容されるため、外部雰囲気から遮断でき、光
変調部１５の可動薄膜２３等の部位に塵埃等の異物が付
着することが防止できる。また、収容空間４３内に希ガ
ス等を封入することで、素子部材の化学変化等による劣
化を防止できる。これにより、光変調動作の信頼性が高
められ、長期にわたって安定した動作が得られるように
なる。

【００５３】なお、以上説明した各実施形態における光
変調部は、干渉膜の電気機械動作により光変調を行う光
変調素子を用いているが、本発明はこれに限らず、例え
ば、特開平１１−２５８５５８号公報に記載のように、
可撓性を有する遮光膜が電界の印加により撓んで遮光状
態と光透過状態を作り出す素子構成や、同じく遮光膜自
体が電界の印加によりスライドして光変調する遮光型の
光変調素子であってもよい。また、全反射導光板に可動
薄膜を近接可能に設け、可動薄膜の近接／離間動作によ
る光カップリング作用によって全反射条件を変化させて
光変調を行う構成であってもよい。

【００５４】さらに、本発明に係る画像表示素子は、プ
ロジェクタ装置に適用する以外にも、他の表示用途に対
しても本画像表示素子を適宜適用することができる。

【００５５】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明に係
る画像表示素子によれば、透明基板の一方の面に、導入
した光を電気機械動作によって光変調する光変調部を設
け、透明基板の他方の面に、透明基板を透過する光を屈
折させるフレネルレンズを設けたので、光変調動作に影
響を与えない側の透明基板の一面を利用して光学系を組
み付けることができ、別体のレンズを対面させて設けて
いた従来構造に比べ、レンズの組付け作業性を良好にし
且つレンズとの距離を短くすることができる。この結
果、画像表示素子を簡素化して、安価且つ薄厚にするこ
とができる。

【００５６】本発明に係るプロジェクタ装置によれば、
上記画像表示素子と、この画像表示素子に光を導入する
光源と、画像データを光変調部の駆動用信号に変換する
信号処理部とを備え、画像データに応じて光変調部をオ
ン・オフ制御することで形成した画像を、フレネルレン
ズによって拡大して投影するので、光変調部が安価且つ
簡素な構造になるのに加え、画像表示素子が薄厚となる
ので、投影動作を行うプロジェクタ装置の要部を薄型化
でき、その結果、プロジェクタ装置全体を小型化するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る画像表示素子の断面図である。

【図２】図１の画像表示素子を搭載したプロジェクタ装
置の概略構成を示す図である。

【図３】画像表示素子とその光変調部の一部拡大図であ
る。

【図４】光変調部の個々の素子構成の一例とその動作を
説明する断面図である。

【図５】信号処理部の構成を表すブロック図である。

【図６】光変調素子の印加電圧に対する光透過率のヒス
テリシス特性を示す説明図である。

【図７】光変調素子を２次元配列した光変調部の一部分
を示す図である。

【図８】光変調素子への入力信号をまとめて示す説明図
である。

【図９】光変調素子への画像データ書込み用信号を示す
説明図である。

【図１０】画像データをビデオカメラから得ることを示
すブロック図である。

【図１１】本発明に係る画像表示素子の第２実施形態を
示す断面図である。

【図１２】図１１に示した画像表示素子の変形例を示す
断面図である。

【図１３】従来のプロジェクタ装置を示す要部構成図で
ある。

【符号の説明】

１１ 光源 １３ 画像表示素子 １５ 光変調部 １６ 光変調素子 １７ 信号処理部 １９ フレネルレンズ ２１ 透明基板 ２３ 可動薄膜（可動部） ２４ 支柱 ２５，２６ 透明電極 ２７，２８ 誘電体多層膜 ２９ 空隙 ３０ 画像データ ３１ データフォーマット変換部 ３３ 単純マトリクス駆動タイミング発生部 ３５ 信号レベル変換部 ４３ 収容空間 ４５，４７ 透明平板 ４８ 周壁部材 ４９ 封止体 １００，２００，３００ 画像表示素子 １５０ プロジェクタ装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H041 AA05 AB00 AB38 AC06 AZ05 AZ08 2K103 AA05 AA16 AB07 BB03 BC24 BC47 CA18 CA29 5C058 AB06 AB07 BA01 EA02 EA12 EA27 EA51

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 透明基板と、 該透明基板の一方の面に設けられ導入した光を電気機械
   動作によって光変調する光変調部と、 前記透明基板の他方の面に設けられ該透明基板を透過す
   る光を屈折させるフレネルレンズとを具備したことを特
   徴とする画像表示素子。
2. 【請求項２】 前記フレネルレンズが、前記透明基板と
   一体に形成されていることを特徴とする請求項１記載の
   画像表示素子。
3. 【請求項３】 前記透明基板とは別体で形成したフレネ
   ルレンズを、前記透明基板の他方の面に貼着したことを
   特徴とする請求項１記載の画像表示素子。
4. 【請求項４】 透明基板と、 該透明基板の一方の面に設けられ導入した光を電気機械
   動作によって光変調する光変調部と、 前記透明基板の他方の面に固着した第１の透明平板と、 該第１の透明平板の面に対して平行に前記透明基板を挟
   んで配置した第２の透明平板と、 前記第１及び第２の透明平板の側面を囲む周壁部材とを
   具備し、 前記光変調部を収容する収容空間を形成すると共に、前
   記第１又は第２の透明平板のいずれかの外面にフレネル
   レンズを設けたことを特徴とする画像表示素子。
5. 【請求項５】 前記フレネルレンズが、前記第１又は第
   ２の透明平板のいずれかと一体に形成されていることを
   特徴とする請求項４記載の画像表示素子。
6. 【請求項６】 前記透明平板とは別体で形成したフレネ
   ルレンズを、前記第１又は第２の透明平板に貼着したこ
   とを特徴とする請求項４記載の画像表示素子。
7. 【請求項７】 前記フレネルレンズと前記光変調部との
   距離が、前記フレネルレンズの焦点距離よりも短いこと
   を特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１項記載の
   画像表示素子。
8. 【請求項８】 前記光変調部が、基板に対して接近・離
   間方向に移動自在に支持された可動部と、前記可動部及
   び基板の双方にそれぞれ対峙して設けた一対の電極とを
   具備し、 前記電極間に駆動電圧を印加することで発生する静電気
   力によって、前記可動部を前記基板に対して吸引動作さ
   せ、導入光に対する透過率を光学的干渉効果により変化
   させることを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか
   １項記載の画像表示素子。
9. 【請求項９】 請求項１〜請求項８のいずれか１項記載
   の画像表示素子を用いたプロジェクタ装置であって、 前記画像表示素子に光を導入する光源と、表示用の画像
   データを前記光変調部の駆動用信号に変換する信号処理
   部とを備え、 前記画像データに応じて前記光変調部をオン・オフ制御
   して形成した画像を、前記フレネルレンズによって拡大
   結像させて投影することを特徴とするプロジェクタ装
   置。