JP2019086632A - プロジェクタ - Google Patents

Abstract

【課題】構成の大型化を抑制しつつ、スペックルを低減する。【解決手段】本開示のプロジェクタは、照明光の元となる光を発する光源部と、照明光に基づいて生成された投影画像を投影面に投影する投影光学系と、照明光が入射する複数のミラーを有し、画像信号に基づいて各ミラーのチルト角度を変化させることによって照明光を投影光学系に向けて偏向し、照明光から投影画像を生成するミラーアレイデバイスと、入射した光を投影光学系に向けて偏向させる場合の各ミラーのチルト角度を、画像信号に基づいて所定の期間内で、基準チルト角度と、基準チルト角度とは異なる１または複数の非基準チルト角度とに切り替え制御するチルト角度制御部とを備える。【選択図】図８

Description

本開示は、照明光に基づいて生成された投影画像を投影するプロジェクタに関する。

照明光を空間光変調素子に照射して投影画像を生成するプロジェクタが知られている（特許文献１ないし３参照）。

特開２００９−２１６８４３号公報 特開２００３−９８４７６号公報 特表２０１２−５２７６４６号公報

上記したプロジェクタでは、照明光の光源としてレーザ光源を用いた場合、スペックルが発生しやすくなる。

構成の大型化を抑制しつつ、スペックルを低減することができるプロジェクタを提供することが望ましい。

本開示の一実施の形態に係るプロジェクタは、照明光の元となる光を発する光源部と、照明光に基づいて生成された投影画像を投影面に投影する投影光学系と、照明光が入射する複数のミラーを有し、画像信号に基づいて各ミラーのチルト角度を変化させることによって照明光を投影光学系に向けて偏向し、照明光から投影画像を生成するミラーアレイデバイスと、入射した光を投影光学系に向けて偏向させる場合の各ミラーのチルト角度を、画像信号に基づいて所定の期間内で、基準チルト角度と、基準チルト角度とは異なる１または複数の非基準チルト角度とに切り替え制御するチルト角度制御部とを備えるものである。

本開示の一実施の形態に係るプロジェクタでは、入射した光を投影光学系に向けて偏向させる場合の各ミラーのチルト角度を、画像信号に基づいて所定の期間内で、基準チルト角度と、基準チルト角度とは異なる１または複数の非基準チルト角度とに切り替え制御する。

本開示の一実施の形態に係るプロジェクタによれば、入射した光を投影光学系に向けて偏向させる場合の各ミラーのチルト角度を、画像信号に基づいて所定の期間内で、基準チルト角度と、基準チルト角度とは異なる１または複数の非基準チルト角度とに切り替え制御するようにしたので、構成の大型化を抑制しつつ、スペックルを低減することができる。
なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本開示中に記載されたいずれかの効果であってもよい。

本開示の第１の実施の形態に係るプロジェクタの光学系の概要を示す構成図である。 第１の実施の形態に係るプロジェクタの制御系の概要を示すブロック図である。 第１の実施の形態に係るミラーアレイデバイスの構成および光学特性の概要を示す説明図である。 ミラーアレイデバイスのミラーのチルト角度を基準チルト角度にした状態とその状態における投影光学系の入射瞳における光線の分布状態の一例とを示す説明図である。 ミラーアレイデバイスのミラーのチルト角度を非基準チルト角度にした状態とその状態における投影光学系の入射瞳における光線の分布状態の一例とを示す説明図である。 第１の実施の形態に係るミラーアレイデバイスのミラーのチルト角度を複数の非基準チルト角度にした状態の一例を示す説明図である。 比較例に係るミラーアレイデバイスの構造の一例を示す断面図である。 第１の実施の形態に係るミラーアレイデバイスの構造の第１の具体例を示す断面図である。 第１の実施の形態に係るミラーアレイデバイスの構造の第２の具体例を示す断面図である。 第１の実施の形態に係るミラーアレイデバイスの構造の第３の具体例を示す断面図である。 第１の実施の形態に係るミラーアレイデバイスの構造の第４の具体例を示す断面図である。 第１の実施の形態に係るミラーアレイデバイスの構造の第５の具体例を示す断面図である。 投影光学系の光線取り込み角度についての説明図である。 ミラーアレイデバイスのミラーのチルト角度と投影光学系に入射する光の強度分布との関係の第１の例を示す説明図である。 ミラーアレイデバイスのミラーのチルト角度と投影光学系に入射する光の強度分布との関係の第２の例を示す説明図である。 ミラーアレイデバイスのミラーのチルト角度を非基準チルト角度にした状態とその状態における投影光学系の入射瞳における波長ごとの光線の分布状態の一例とを示す説明図である。 １フレーム内の階調ビットの構成の第１の例を示す説明図である。 １フレーム内の階調ビットの構成の第２の例を示す説明図である。

以下、本開示の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．第１の実施の形態
１．１ プロジェクタの光学系の概要（図１）
１．２ プロジェクタの制御系の概要（図２）
１．３ ミラーアレイデバイスの構成例（図３〜図１２）
１．４ ミラーのチルト角度と投影光学系の光線取り込み角度の説明（図１３〜図１５）
１．５ 波長ごとの光線の分布状態（図１６）
１．６ １フレーム内の階調ビットの構成例（図１７〜図１８）
１．７ 効果
２．その他の実施の形態

＜１．第１の実施の形態＞
レーザを光源とするプロジェクタでは、レーザの干渉性に起因するスペックルという画質低下が課題になっている。例えば、空間光変調素子にレーザを照明して投影画像を生成するタイプのプロジェクタでは、スペックルを低減する方法が主に２つある。第１の方法としては、レーザの波長を多波長化して軽減する方法がある。第２の方法としては、レーザの干渉状態を時間的に変化させ、時間平均で低減する方法がある。

上記第１の方法では、光源として、複数の波長のレーザを搭載しなければならず、光源の小型化やコストダウンが困難である。上記第２の方法では、光源を単一のレーザで構成できる一方で、時間的に干渉状態を変化させる光学素子や駆動部品と光学系とが必要となり、プロジェクタの小型化が困難である。例えば特許文献１（特開２００９−２１６８４３号公報）では、照明光学系の一部に回転式の偏向光学部品を配置することで光線の向きを変え干渉状態を変化させてスペックル低減を図っている。この方法では、従来の光学系に新たに回転式の偏向光学部品が追加になり、プロジェクタの大型化、およびコスト上昇につながる。

また、特許文献２（特開２００３−９８４７６号公報）では、照明光学系のフライアイレンズの前に拡散素子を配置してそれを振動させることでスペックルの低減を図っている。この場合もスペックル低減のための素子が追加になっており、プロジェクタの大型化、およびコスト上昇につながる。

特許文献３（特表２０１２−５２７６４６号公報）では、一旦、空間光変調素子による中間像を形成し、その位置に拡散振動素子を配置して、スペックル低減を図っている。これも同様に、プロジェクタの大型化およびコスト上昇につながる。

このように、従来では、スペックル低減を行うために新規のユニットを追加することが必要になり、かつプロジェクタの大型化、およびコスト上昇につながることが課題であった。

そこで、プロジェクタにおいて、構成の大型化を抑制しつつ、スペックルを低減することができる技術の開発が望まれる。

［１．１ プロジェクタの光学系の概要］
図１は、本開示の第１の実施の形態に係るプロジェクタ１００の光学系の概要を示している。

プロジェクタ１００は、光源部３０と、照明光学系４０と、ミラーアレイデバイス１０と、投影光学系５１とを備えている。

光源部３０は、照明光の元となる光を発する１または複数の光源を有している。光源部３０は、光源として、例えば複数のレーザ光源（ＬＤ：Laser Diode）３１を有している。ただし、光源として、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）等、レーザ光源以外の光源を用いてもよい。

照明光学系４０は、光源部３０からの光に基づいてミラーアレイデバイス１０に照射する照明光を生成する。照明光学系４０は、光の分布を均一化する均一化光学系を含んでもよい。

ミラーアレイデバイス１０は、照明光が入射する複数のミラー１１（後述する図３等参照）を有する空間光変調素子である。ミラーアレイデバイス１０は、画像信号Ｖｉｎに基づいて各ミラー１１のチルト角度を変化させることによって照明光を投影光学系５１に向けて偏向し、照明光から投影画像を生成する空間光変調素子である。ミラーアレイデバイス１０は、画素に相当する複数のマイクロミラー（ミラー１１）がアレイ状（マトリクス状）に配置されてなるＤＭＤ（Digital Micromirror Device）等のマイクロミラーアレイデバイスである。

投影光学系５１は、照明光に基づいて生成されたミラーアレイデバイス１０からの投影画像をスクリーン５０等の投影面に投影する。

なお、カラー表示を行うプロジェクタの表示方式は、大別して、空間光変調素子を１枚のみ用いる単板方式と、Ｒ（赤色），Ｇ（緑色），Ｂ（青色）のそれぞれについての空間光変調素子を備えた３板方式とがあるが、本開示のプロジェクタ１００は、いずれの方式にも適用可能である。

例えば、単板方式の場合、単一の空間光変調素子（ミラーアレイデバイス１０）を用いて、時分割方式でフルカラー表示を行う。この場合、光源部３０からはＲ，Ｇ，Ｂの各色の波長の光を時分割方式で出射する。ミラーアレイデバイス１０には、照明光学系４０を介して各色の照明光が時分割で照射される。

ミラーアレイデバイス１０は、各色光が照射されるタイミングに同期して、各色の照明光に対して、各色の投影画像を時分割で生成する。赤色光、緑色光、および青色光による各色の投影画像は、投影光学系５１に向けて出射される。投影光学系５１は、その各色の投影画像を、スクリーン５０等の投影面に時分割で投影する。

［１．２ プロジェクタの制御系の概要］
図２は、プロジェクタ１００の制御系の概要を示している。

プロジェクタ１００は、画像信号入力部６０と、光源制御部６１と、ビットプレーン生成部６２と、ミラーチルト角度制御部６３と、ミラー駆動部６４とを備えている。

画像信号入力部６０は、入力された画像信号Ｖｉｎをビットプレーン生成部６２と光源制御部６１とに供給する。

光源制御部６１は、画像信号Ｖｉｎに基づいて、光源部３０が発する光の発光タイミングおよび発光強度を制御する。

本実施の形態に係るプロジェクタ１００では、ミラーアレイデバイス１０は、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation；パルス幅変調）方式で駆動され、ＰＷＭ方式での階調表現が行われる。プロジェクタ１００では、ミラーアレイデバイス１０によって、各画素の表示状態をオン／オフ（発光（明）／非発光（暗））の２状態で表現する。ＰＷＭ方式では、例えば光源の輝度の大きさを一定に保ち、発光時間の幅を輝度に応じて変化させることにより、階調表現を行う。ミラーアレイデバイス１０では、表示しようとする画像の輝度に応じて、画素ごと（ミラー１１ごと）に光を明暗２つの状態に変調制御する。このとき、ミラーアレイデバイス１０では、光の変調制御として、光をパルス状にオン（発光）／（非発光）オフ制御する。

ビットプレーン生成部６２は、画像信号Ｖｉｎに基づいて、１フレームの期間ごとに、各サブフレーム（後述の図１７および図１８参照）の期間に表示される、複数の階調ビットのそれぞれに対応する複数のビットプレーンのデータを生成する。

例えば１６階調の画像は、所定の期間（通常、１フレーム）内において、輝度の異なる少なくとも４種類の画像を組み合わせることにより表現することが可能である。すなわち、１６階調を表現する場合には、まず、輝度を画素ごとに例えば４つの階調ビットに量子化する。そして、例えば１フレームの画像データを、各階調ビットで重み付けされた４種類の画像データの組み合わせで表現する。このとき、階調ビットごとの画像データの集まりは、通常、「ビットプレーン」と称される。ビットプレーンは、階調ビットごとの輝度の情報面である。

ミラー駆動部６４は、ミラーチルト角度制御部６３による制御の下で、ビットプレーン生成部６２で生成されたビットプレーンのデータに基づいて、ミラーアレイデバイス１０を駆動する。

ミラーチルト角度制御部６３は、後述するミラーアレイデバイス１０の各ミラー１１のチルト角度を制御する。ミラーチルト角度制御部６３は、入射した光を投影光学系５１に向けて偏向させる場合（画素を明状態にする場合）の各ミラー１１のチルト角度を、後述する基準チルト角度θｍ１と、基準チルト角度θｍ１とは異なる１または複数の非基準チルト角度（後述する非基準チルト角度θｍ２，θｍ３）とに切り替え制御する。ミラーチルト角度制御部６３は、この切り替え制御を、画像信号Ｖｉｎ（ビットプレーンのデータ）に基づいて所定の期間内で行う。

ミラーチルト角度制御部６３は、例えば、各ミラーのチルト角度を、所定の期間内で、基準チルト角度θｍ１と非基準チルト角度とに定期的に切り替える。ここで、所定の期間は、例えば複数のサブフレームの期間を含む１フレームの期間である（後述の図１７および図１８参照）。

ミラーチルト角度制御部６３は、例えば、１フレームの期間内で、各サブフレームの期間に同期して、各ミラー１１のチルト角度を、基準チルト角度θｍ１と非基準チルト角度とに切り替える。

［１．３ ミラーアレイデバイス１０の構成例］
（ミラーアレイデバイス１０の光学特性）
図３は、ミラーアレイデバイス１０の構成および光学特性の概要を示している。

ミラーアレイデバイス１０による光の回折位置は、ミラー１１のミラーピッチｐに依存する。各回折光の強度はミラー１１の角度に依存する。

ミラーアレイデバイス１０の光学特性を１次元で説明する。図３に示すように、ミラーアレイデバイス１０のミラー１１の断面はブレーズド回折格子と同じ構造になっている。ここで、説明の簡便化のため入射光は単一波長の平行光線とする。入射光に対するミラー１１による反射光は干渉を起こす。その干渉光が強め合う光の方向は下記の式に従う。
θ＝Ｓｉｎ^-1（（ｍλ）／ｐ−Ｓｉｎθｉ）、
ｍ＝０，±１，±２，…
……（１）
ただし、
λ：入射光線の波長
ｐ：ミラーピッチ
θｉ：入射光線角度
とする。

ミラー１１のチルト角度をブレーズド角度で設定すると、干渉光の強度のほとんどが特定の方向へ集中する。その角度は下記の通りになる。
θｒ＝２θｍ−θｉ ……（２）
θｍ：ミラー１１のチルト角度

いま、ミラー１１のチルト角度θｍを入射光線角度θｉの半分、すなわち２θｍ＝θｉと配置すると、θｒ＝０となり、ミラー１１の配置平面に対して垂直方向に強度の強い回折光が発生する。その状態でミラー１１のチルト角度θｍが変わると、（２）式を満たす方向に強度の中心が移動する。ただし、回折光の方向は（１）式に従うので、ミラー１１のチルト角度θｍが変わると、（１）式の回折方向の各次数の光強度が変化することになる。プロジェクタ１００の光学系のレイアウトでは、回折方向には投射光学系５１が配置される。従って、ミラー１１のチルト角度θｍが変わると、投射光学系５１に入射する光の強度分布が変化することになる。投射光学系５１の入射瞳での光強度分布が異なると、スクリーン５０などに投影される投影画像のスペックルパターンが異なる。よってこの強度分布を時間的に変化させることでスペックルパターンが時間とともに変化して観察する人の目で時間平均化されてスペックルが低減される。

（ミラーアレイデバイス１０のチルト角度）
図４は、ミラーアレイデバイス１０のミラー１１のチルト角度θｍを基準チルト角度θｍ１にした状態とその状態における投影光学系５１の入射瞳における光線の分布状態の一例とを示している。なお、図４に示した入射瞳における光線の分布状態の図では、点状の模様（ドットパターン）が密になるほど、光強度が高い（明るい）状態であることを示す。以降の他の図面における光線の分布状態についても同様である。

ミラーアレイデバイス１０は、基板１３と、基板１３上で各ミラー１１を傾けることが可能となるように支持する支持部１２とを有している。

基準チルト角度θｍ１は、例えば上述の（１）式を満たす角度とする。この場合、投影光学系５１の入射瞳における光線の分布状態は、図４に模式的に示したように、中心付近で光強度が高い（明るい）状態となる。

図５は、ミラーアレイデバイス１０のミラー１１のチルト角度θｍを非基準チルト角度θｍ２にした状態とその状態における投影光学系５１の入射瞳における光線の分布状態の一例とを示している。

非基準チルト角度θｍ２は、例えば、基準チルト角度θｍ１に対して、微小角度−αだけ異なる角度とする。すなわち、θｍ２＝（θｍ１−α）とする。この場合、投影光学系５１の入射瞳における光線の分布状態は、図５に模式的に示したように、光強度が高い（明るい）領域が中心付近から、周辺付近のある方向にずれた状態となる。

図６は、第１の実施の形態に係るミラーアレイデバイス１０のミラー１１のチルト角度θｍを複数の非基準チルト角度にした状態の一例を示している。

図５の非基準チルト角度θｍ２を第１の非基準チルト角度とし、非基準チルト角度として、さらに第２の非基準チルト角度θｍ３を含んでいてもよい。ミラーチルト角度制御部６３は、同一時間において、複数のミラー１１のうち、第１の非基準チルト角度θｍ２となるミラー１１と、第２の非基準チルト角度θｍ３となるミラー１１とが混在するように、各ミラー１１のチルト角度θｍを切り替え制御するようにしてもよい。例えば、同一時間において、ミラーアレイデバイス１０における複数のミラー１１のうち、半分のミラー１１が第１の非基準チルト角度θｍ２、もう半分のミラー１１が第２の非基準チルト角度θｍ３となるように切り替え制御するようにしてもよい。なお、非基準チルト角度を３つ以上にしてもよい。

第２の非基準チルト角度θｍ３は、例えば、基準チルト角度θｍ１に対して、微小角度＋αだけ異なる角度とする。すなわち、θｍ２＝（θｍ１＋α）とする。

（比較例）
図７は、比較例に係るミラーアレイデバイス１１０の構造の一例を示している。

ミラーアレイデバイス１１０は、基板１３と、基板１３上で各ミラー１１を支持する支持部１２と、ミラー１１のチルト角度θｍを制限するストッパー部１４とを有している。支持部１２は、ミラーアレイデバイス１１０に印加される駆動電圧に応じて各ミラー１１を傾けることが可能となるように各ミラー１１を支持する。ストッパー部１４は、１つのミラー１１につき、例えば、支持部１２に対して対称的に２つ設けられている。

この比較例に係るミラーアレイデバイス１１０では、入射した光を投影光学系５１に向けて偏向させる場合（画素を明状態にする場合）のミラー１１のチルト角度θｍが、１つのストッパー部１４によって、ある１つの角度（基準チルト角度θｍ１）のみに制限される。これに対して、本実施の形態に係るミラーアレイデバイス１０は、以下の具体例に示す構造によって、チルト角度θｍを基準チルト角度θｍ１と１または複数の非基準チルト角度とに変化させることが可能となっている。

以下、ミラーアレイデバイス１０の構造の具体例を説明する。なお、以下の具体例では、図７の比較例に係るミラーアレイデバイス１１０の構成要素と略同じ部分については、同一符号を付し、適宜説明を省略する。

（第１の具体例）
図８は、第１の具体例に係るミラーアレイデバイス１０−１の構造を示している。

第１の具体例に係るミラーアレイデバイス１０−１は、比較例に係るミラーアレイデバイス１１０に対して、２つのストッパー部１４のうち、１つのストッパー部１４の構造が異なっている。ミラーアレイデバイス１０−１における１つのストッパー部１４Ａは、ストッパー部１４Ａの高さを変化させるストッパー高さ調整部を含んでいる。ストッパー高さ調整部は、例えば逆圧電効果素子または薄膜圧電などの圧電素子１５である。ミラーアレイデバイス１０−１では、電圧を加えることで圧電素子１５が伸縮し、ストッパー部１４Ａの高さが変化する。その結果、ミラー１１のチルト角度θｍが変化する。これにより、ミラー１１のチルト角度θｍを、例えば、基準チルト角度θｍ１から第１の非基準チルト角度θｍ２（＝θｍ１−α）または第２の非基準チルト角度θｍ３（＝θｍ１＋α）へと変化させることができる。

（第２の具体例）
図９は、第２の具体例に係るミラーアレイデバイス１０−２の構造を示している。

第１の具体例に係るミラーアレイデバイス１０−２は、比較例に係るミラーアレイデバイス１１０に対して、２つのストッパー部１４のうち、１つのストッパー部１４の構造が異なっている。ミラーアレイデバイス１０−２における１つのストッパー部１４Ｂは、ストッパー部１４Ｂの高さを変化させるストッパー高さ調整部を含んでいる。ストッパー高さ調整部は、例えば逆圧電効果素子または薄膜圧電などの圧電素子１６である。ミラーアレイデバイス１０−２では、電圧を加えることで圧電素子１６が反るように変形する。これにより、ストッパー部１４Ｂの高さが変化する。その結果、ミラー１１のチルト角度θｍが変化する。これにより、ミラー１１のチルト角度θｍを、例えば、基準チルト角度θｍ１から第１の非基準チルト角度θｍ２（＝θｍ１−α）または第２の非基準チルト角度θｍ３（＝θｍ１＋α）へと変化させることができる。

以上の第１および第２の具体例に係るミラーアレイデバイス１０−１，１０−２をミラーアレイデバイス１０として用いる場合、ミラーチルト角度制御部６３が、ストッパー高さ調整部を制御することによって、各ミラー１１のチルト角度θｍを、基準チルト角度θｍ１と非基準チルト角度（θｍ２等）とに切り替え制御する。

（第３の具体例）
図１０は、第３の具体例に係るミラーアレイデバイス１０−３の構造を示している。

第１の具体例に係るミラーアレイデバイス１０−３は、比較例に係るミラーアレイデバイス１１０に対して、支持部１２の構造が異なっている。ミラーアレイデバイス１０−３における支持部１２Ａは、支持部１２Ａの高さを変化させる支持高さ調整部を含んでいる。支持高さ調整部は、例えば逆圧電効果素子または薄膜圧電などの圧電素子１７である。ミラーアレイデバイス１０−３では、電圧を加えることで圧電素子１７が伸縮し、支持部１２Ａの高さが変化する。その結果、ストッパー部１４に対するミラー１１の高さが相対的に変化し、ミラー１１のチルト角度θｍが変化する。これにより、ミラー１１のチルト角度θｍを、例えば、基準チルト角度θｍ１から第１の非基準チルト角度θｍ２（＝θｍ１−α）または第２の非基準チルト角度θｍ３（＝θｍ１＋α）へと変化させることができる。

以上の第３の具体例に係るミラーアレイデバイス１０−３をミラーアレイデバイス１０として用いる場合、ミラーチルト角度制御部６３が、支持高さ調整部を制御することによって、各ミラー１１のチルト角度θｍを、基準チルト角度θｍ１と非基準チルト角度（θｍ２等）とに切り替え制御する。

（第４の具体例）
図１１は、第４の具体例に係るミラーアレイデバイス１０−４の構造を示している。

第４の具体例に係るミラーアレイデバイス１０−４は、比較例に係るミラーアレイデバイス１１０に対して、支持部１２の底部の構造が異なっている。

ミラーアレイデバイス１０−４において、支持部１２は第１の端部（上部）と第２の端部（底部）と含んでいる。支持部１２は、第１の端部においてミラー１１を支持している。

ミラーアレイデバイス１０−４は、梁部１９を有している。梁部１９は、互いに対向する第１の面（上面）と第２の面（下面）とを含んでいる。支持部１２の第２の端部は、梁部１９の第１の面に接続されている。梁部１９の第２の面は、基板１３Ａに空洞（空間）１８が形成されていることにより、部分的に空間的に開放されている。これにより、梁部１９は、空洞１８側に変形可能に構成されている。

ミラーアレイデバイス１０−４は、ミラー１１が、印加される駆動電圧に応じて傾くように構成されている。ミラー１１には、基準チルト角度θｍ１にする場合と非基準チルト角度（例えばθｍ２）にする場合とで、駆動電圧として異なるバイアス電圧（例えば−２０Ｖと−３０Ｖ）が印加される。２つのストッパー部１４付近には、それぞれ互いに極性が逆方向の可変の駆動電圧（例えば＋，−が交互に変わる５Ｖの駆動電圧）が印加される。ミラー１１に印加されるバイアス電圧と２つのストッパー部１４付近に印加される駆動電圧との電圧差に応じて、２つのストッパー部１４のうち、いずれか一方の方向にミラー１１が引き付けられるように傾く。この場合、ミラー１１とストッパー部１４付近との電圧差が大きくなれば、ミラー１１が引き付けられる力も大きくなり、梁部１９に対する下方向の圧力も大きくなることで、梁部１９の一部が空洞１８側に沈むように変形する。その結果、ストッパー部１４に対するミラー１１の高さが相対的に変化し、ミラー１１のチルト角度θｍが変化する。

以上の第４の具体例に係るミラーアレイデバイス１０−４をミラーアレイデバイス１０として用いる場合、ミラーチルト角度制御部６３が、ミラー１１に印加するバイアス電圧を制御することによって、各ミラー１１のチルト角度θｍを、基準チルト角度θｍ１と非基準チルト角度（θｍ２等）とに切り替え制御することができる。

（第５の具体例）
図１２は、第５の具体例に係るミラーアレイデバイス１０−５の構造を示している。

ミラーアレイデバイス１０−５は、第４の具体例に係るミラーアレイデバイス１０−４と同様の構造を有しているが、駆動電圧の印加方法が異なっている。ミラーアレイデバイス１０−５では、ミラー１１には、基準チルト角度θｍ１にする場合と非基準チルト角度（例えばθｍ２）にする場合とで、駆動電圧として異なるバイアス電圧（例えば±２０Ｖと±３０Ｖ）が印加される。２つのストッパー部１４付近には、それぞれ互いに極性が逆方向の固定の駆動電圧（例えば＋５Ｖと−５Ｖ）が印加される。ミラー１１に印加されるバイアス電圧と２つのストッパー部１４付近に印加される駆動電圧との電圧差に応じて、２つのストッパー部１４のうち、いずれか一方の方向にミラー１１が引き付けられるように傾く。この場合、ミラー１１とストッパー部１４付近との電圧差が大きくなれば、ミラー１１が引き付けられる力も大きくなり、梁部１９に対する下方向の圧力も大きくなることで、梁部１９の一部が空洞１８側に沈むように変形する。その結果、ストッパー部１４に対するミラー１１の高さが相対的に変化し、ミラー１１のチルト角度θｍが変化する。

以上の第５の具体例に係るミラーアレイデバイス１０−５をミラーアレイデバイス１０として用いる場合、ミラーチルト角度制御部６３が、ミラー１１に印加するバイアス電圧を切り替え制御することによって、各ミラー１１のチルト角度θｍを、基準チルト角度θｍ１と非基準チルト角度（θｍ２等）とに切り替え制御することができる。

［１．４ ミラーのチルト角度と投影光学系５１の光線取り込み角度の説明］
図１３は、投影光学系５１の光線取り込み角度についての説明図である。

通常、投射レンズ（投影光学系５１）の取り込める光線の角度範囲は、実効Ｆ値（実効Ｆ／＃）で規定される。その角度（半角）をθ_fとすると以下の関係がある。
Ｆ／＃＝１／（２×ｓｉｎθ_f）

従って、±θ_fの角度範囲にあるミラーアレイデバイス１０からの光は投影光学系５１を通過することになる。

図１４は、ミラーアレイデバイス１０のミラー１１のチルト角度θｍと投影光学系５１に入射する光の強度分布との関係の第１の例を示している。図１４は、ミラーアレイデバイス１０への照明光がレーザ光などのように平行光に近い照明である場合の例を示している。

図１５は、ミラーアレイデバイス１０のミラー１１のチルト角度θｍと投影光学系５１に入射する光の強度分布との関係の第２の例を示している。図１５は、ミラーアレイデバイス１０への照明光がランプ光などのように、ある角度範囲を持っている場合の例を示している。

ミラー１１の規定角度（基準チルト角度θｍ１）からの微小チルト角度（上述の−α、＋α）をθｃとすると、投影光学系５１へ入射する光の分布との関係は図１４および図１５の左側の図に示したようになる。

図１４に示したように、ミラーアレイデバイス１０への照明光が平行光に近い場合は、θ_fに対して余裕があるので、微小チルト角度θｃを大きくすることができる（ただしθｃ＜θ_f）。

一方、図１５に示したように、ミラーアレイデバイス１０への照明光が、ある角度範囲を持っている場合は、微小チルト角度θｃを大きく動かすと投影光学系５１を透過する光量が減ってしまうので適度に抑える必要がある。１つの指針としては光量の変化量が画質（フリッカーなど）に影響しない程度に微小チルト角度θｃを抑える。また、それを低減する方法として、一部のミラー１１を＋方向、残りのミラー１１を−方向に傾けることで光量の変化を抑えてスペックル低減効果を上げることもできる。

［１．５ 波長ごとの光線の分布状態］
図１６は、ミラーアレイデバイス１０のミラー１１のチルト角度θｍを非基準チルト角度θｍ２にした状態とその状態における投影光学系５１の入射瞳における波長ごとの光線の分布状態の一例とを示している。

上述したように、例えば、単板方式の場合、単一の空間光変調素子（ミラーアレイデバイス１０）を用いて、時分割方式でフルカラー表示を行う。この場合、ミラーアレイデバイス１０には、Ｒ，Ｇ，Ｂの各色の照明光が時分割で照射される。

上述したように、ミラーアレイデバイス１０による光の回折位置は、ミラー１１のミラーピッチｐに依存する。各回折光の強度はミラー１１の角度に依存する。図１６には、色によらず同じ角度でミラー１１のチルト角度θｍを基準チルト角度θｍ１から非基準チルト角度θｍ２へとずらした場合の例を模式的に示している。光の強度分布の変化は、ミラー１１のチルト角度θｍが同じ場合、波長によって変化量が異なる。このため、波長の影響を考慮し、色ごとに異なる角度でミラー１１のチルト角度θｍをずらすことが好ましい。

［１．６ １フレーム内の階調ビットの構成例］
ミラーチルト角度制御部６３は、例えば、各ミラー１１のチルト角度θｍを、所定の期間内で、基準チルト角度θｍ１と非基準チルト角度（θｍ２等）とに定期的に切り替える。ここで、所定の期間は、複数のサブフレームの期間を含む１フレームの期間であってもよい。ミラーチルト角度制御部６３は、例えば、１フレームの期間内で、各サブフレームの期間に同期して、各ミラー１１のチルト角度θｍを、基準チルト角度θｍ１と非基準チルト角度（θｍ２等）とに切り替える。以下、具体例を説明する。

図１７は、１フレーム内の階調ビットの構成の第１の例を示している。図１８は、１フレーム内の階調ビットの構成の第２の例を示している。

上述したように、例えば１６階調の画像は、所定の期間（通常、１フレーム）内において、輝度の異なる少なくとも４種類の画像を組み合わせることにより表現することが可能である。この場合、例えば図１７に示したように、１フレームを階調ビットに応じた期間の複数のサブフレームに分割し、各サブフレームに各階調ビットを割り振って表示する。

１フレームの期間内で、各階調ビットの表示期間の切り替えのタイミング（サブフレームの切り替えのタイミング）で、ミラーアレイデバイス１０のミラー１１の傾きの状態（発光（明）／非発光（暗）の状態）が変わる。このタイミングで各ミラー１１のチルト角度θｍを基準チルト角度θｍ１と非基準チルト角度（θｍ２等）とに切り替え制御すると、制御アルゴリズムも組みやすい。

一方、擬似輪郭低減などのために、表示時間の長い階調ビットの部分を分割して表示する場合がある。図１８では階調ビットが４の期間を２つに分割して表示している例である。このような場合でも各階調ビットの切り替えのタイミングに合わせて各ミラー１１のチルト角度θｍを基準チルト角度θｍ１と非基準チルト角度（θｍ２等）とに切り替え制御することが好ましい。

［１．７ 効果］
以上のように、本実施の形態によれば、入射した光を投影光学系５１に向けて偏向させる場合の各ミラー１１のチルト角度θｍを、画像信号Ｖｉｎに基づいて所定の期間内で、基準チルト角度θｍ１と、基準チルト角度θｍ１とは異なる１または複数の非基準チルト角度（θｍ２等）とに切り替え制御するようにしたので、構成の大型化を抑制しつつ、スペックルを低減することができる。

本実施の形態によれば、ミラー１１のチルト角度θｍを複数の角度に変化させてミラーアレイデバイス１０を駆動することで投影光学系５１の入射瞳内での光量分布を時間的に変化させることができる。本実施の形態によれば、スペックルパターンを時間的に変化させることで時間平均効果によるスペックル低減効果が可能となる。本実施の形態によれば、スペックル低減を行うために新規のユニットを追加することなく、スペックル低減効果を得ることができる。これにより、スペックル低減機構の不要化による、小型化、およびコストダウンなどが可能となる。

なお、本明細書に記載された効果はあくまでも例示であって限定されるものではなく、また他の効果があってもよい。

＜２．その他の実施の形態＞
本開示による技術は、上記した実施の形態の説明に限定されず種々の変形実施が可能である。

例えば、本技術は以下のような構成を取ることもできる。
（１）
照明光の元となる光を発する光源部と、
前記照明光に基づいて生成された投影画像を投影面に投影する投影光学系と、
前記照明光が入射する複数のミラーを有し、画像信号に基づいて前記各ミラーのチルト角度を変化させることによって前記照明光を前記投影光学系に向けて偏向し、前記照明光から前記投影画像を生成するミラーアレイデバイスと、
入射した光を前記投影光学系に向けて偏向させる場合の前記各ミラーのチルト角度を、前記画像信号に基づいて所定の期間内で、基準チルト角度と、前記基準チルト角度とは異なる１または複数の非基準チルト角度とに切り替え制御するチルト角度制御部と
を備える
プロジェクタ。
（２）
前記チルト角度制御部は、前記各ミラーのチルト角度を、前記所定の期間内で、前記基準チルト角度と前記非基準チルト角度とに定期的に切り替える
上記（１）に記載のプロジェクタ。
（３）
前記所定の期間は、複数のサブフレームの期間を含む１フレームの期間であり、
前記チルト角度制御部は、前記１フレームの期間内で、前記各サブフレームの期間に同期して、前記各ミラーのチルト角度を、前記基準チルト角度と前記非基準チルト角度とに切り替える
上記（２）に記載のプロジェクタ。
（４）
前記画像信号に基づいて、前記１フレームの期間ごとに、前記各サブフレームの期間に表示される、複数の階調ビットのそれぞれに対応する複数のビットプレーンのデータを生成するビットプレーン生成部、をさらに備える
上記（３）に記載のプロジェクタ。
（５）
前記複数の非基準チルト角度として、第１の非基準チルト角度と第２の非基準チルト角度とを含み、
前記チルト角度制御部は、同一時間において、前記複数のミラーのうち、前記第１の非基準チルト角度となるミラーと、前記第２の非基準チルト角度となるミラーとが混在するように、前記各ミラーのチルト角度を切り替え制御する
上記（１）ないし（４）のいずれか１つに記載のプロジェクタ。
（６）
前記ミラーアレイデバイスは、前記各ミラーのチルト角度を制限するストッパー部をさらに有し、
前記ストッパー部は、前記ストッパー部の高さを変化させるストッパー高さ調整部を含み、
前記チルト角度制御部は、前記ストッパー高さ調整部を制御することによって、前記各ミラーのチルト角度を、前記基準チルト角度と前記非基準チルト角度とに切り替え制御する
上記（１）ないし（５）のいずれか１つに記載のプロジェクタ。
（７）
前記ミラーアレイデバイスは、前記各ミラーを支持する支持部をさらに有し、
前記支持部は、前記支持部の高さを変化させる支持高さ調整部を含み、
前記チルト角度制御部は、前記支持高さ調整部を制御することによって、前記各ミラーのチルト角度を、前記基準チルト角度と前記非基準チルト角度とに切り替え制御する
上記（１）ないし（５）のいずれか１つに記載のプロジェクタ。
（８）
前記ミラーアレイデバイスは、前記複数のミラーがそれぞれ、印加される駆動電圧に応じて傾くように構成され、
前記チルト角度制御部は、前記駆動電圧を制御することによって、前記各ミラーのチルト角度を、前記基準チルト角度と前記非基準チルト角度とに切り替え制御する
上記（１）ないし（５）のいずれか１つに記載のプロジェクタ。
（９）
前記ミラーアレイデバイスは、
第１の端部と第２の端部と含み、前記各ミラーを前記第１の端部において支持する支持部と、
互いに対向する第１の面と第２の面とを含み、前記支持部の前記第２の端部が前記第１の面に接続され、前記第２の面が部分的に空間的に開放され、前記駆動電圧に応じて変形する梁部と
をさらに有する
上記（８）に記載のプロジェクタ。

１０，１０−１，１０−２，１０−３，１０−４，１０−５…ミラーアレイデバイス、１１…ミラー、１２，１２Ａ…支持部、１３，１３Ａ…基板、１４，１４Ａ，１４Ｂ…ストッパー部、１５…圧電素子（ストッパー高さ調整部）、１６…圧電素子（ストッパー高さ調整部）、１７…圧電素子（支持高さ調整部）、１８…空洞（空間）、１９…梁部、３０…光源部、３１…レーザ光源、４０…照明光学系、５０…スクリーン、５１…投影光学系、６０…画像信号入力部、６１…光源制御部、６２…ビットプレーン生成部、６３…ミラーチルト角度制御部、６４…ミラー駆動部、１００…照明装置、１０１…プロジェクタ、１１０…ミラーアレイデバイス（比較例）、ｐ…ミラーピッチ、θｍ…ミラーのチルト角度、θｍ１…ミラーのチルト角度（基準チルト角度）、θｍ２…ミラーのチルト角度（第１の非基準チルト角度）、θｍ３…ミラーのチルト角度（第２の非基準チルト角度）、θｉ…入射光線角度、θｒ…反射光線角度、Ｖｉｎ…画像信号。

Claims (9)

1. 照明光の元となる光を発する光源部と、
   前記照明光に基づいて生成された投影画像を投影面に投影する投影光学系と、
   前記照明光が入射する複数のミラーを有し、画像信号に基づいて前記各ミラーのチルト角度を変化させることによって前記照明光を前記投影光学系に向けて偏向し、前記照明光から前記投影画像を生成するミラーアレイデバイスと、
   入射した光を前記投影光学系に向けて偏向させる場合の前記各ミラーのチルト角度を、前記画像信号に基づいて所定の期間内で、基準チルト角度と、前記基準チルト角度とは異なる１または複数の非基準チルト角度とに切り替え制御するチルト角度制御部と
   を備える
   プロジェクタ。
2. 前記チルト角度制御部は、前記各ミラーのチルト角度を、前記所定の期間内で、前記基準チルト角度と前記非基準チルト角度とに定期的に切り替える
   請求項１に記載のプロジェクタ。
3. 前記所定の期間は、複数のサブフレームの期間を含む１フレームの期間であり、
   前記チルト角度制御部は、前記１フレームの期間内で、前記各サブフレームの期間に同期して、前記各ミラーのチルト角度を、前記基準チルト角度と前記非基準チルト角度とに切り替える
   請求項２に記載のプロジェクタ。
4. 前記画像信号に基づいて、前記１フレームの期間ごとに、前記各サブフレームの期間に表示される、複数の階調ビットのそれぞれに対応する複数のビットプレーンのデータを生成するビットプレーン生成部、をさらに備える
   請求項３に記載のプロジェクタ。
5. 前記複数の非基準チルト角度として、第１の非基準チルト角度と第２の非基準チルト角度とを含み、
   前記チルト角度制御部は、同一時間において、前記複数のミラーのうち、前記第１の非基準チルト角度となるミラーと、前記第２の非基準チルト角度となるミラーとが混在するように、前記各ミラーのチルト角度を切り替え制御する
   請求項１に記載のプロジェクタ。
6. 前記ミラーアレイデバイスは、前記各ミラーのチルト角度を制限するストッパー部をさらに有し、
   前記ストッパー部は、前記ストッパー部の高さを変化させるストッパー高さ調整部を含み、
   前記チルト角度制御部は、前記ストッパー高さ調整部を制御することによって、前記各ミラーのチルト角度を、前記基準チルト角度と前記非基準チルト角度とに切り替え制御する
   請求項１に記載のプロジェクタ。
7. 前記ミラーアレイデバイスは、前記各ミラーを支持する支持部をさらに有し、
   前記支持部は、前記支持部の高さを変化させる支持高さ調整部を含み、
   前記チルト角度制御部は、前記支持高さ調整部を制御することによって、前記各ミラーのチルト角度を、前記基準チルト角度と前記非基準チルト角度とに切り替え制御する
   請求項１に記載のプロジェクタ。
8. 前記ミラーアレイデバイスは、前記複数のミラーがそれぞれ、印加される駆動電圧に応じて傾くように構成され、
   前記チルト角度制御部は、前記駆動電圧を制御することによって、前記各ミラーのチルト角度を、前記基準チルト角度と前記非基準チルト角度とに切り替え制御する
   請求項１に記載のプロジェクタ。
9. 前記ミラーアレイデバイスは、
   第１の端部と第２の端部と含み、前記各ミラーを前記第１の端部において支持する支持部と、
   互いに対向する第１の面と第２の面とを含み、前記支持部の前記第２の端部が前記第１の面に接続され、前記第２の面が部分的に空間的に開放され、前記駆動電圧に応じて変形する梁部と
   をさらに有する
   請求項８に記載のプロジェクタ。

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