(57)【要約】【課題】スペックルノイズが少なく、光利用効率が高いプロジェクターに用いて好適なマイクロレンズ素子を提供する。【解決手段】本発明のマイクロレンズ素子は、第１のマイクロレンズ層１１を備え、第１のマイクロレンズ層１１は、周辺領域に設けられた第１のマイクロレンズ１８と、中心領域に設けられた第２のマイクロレンズ１９と、を含む。第２のマイクロレンズ１９に入射してマイクロレンズ素子から射出された光の角度分布の均一性は、第１のマイクロレンズ１８に入射してマイクロレンズ素子から射出された光の角度分布の均一性よりも高く、第１のマイクロレンズ１８に入射してマイクロレンズ素子から射出された光の中心強度は、第２のマイクロレンズ１９に入射してマイクロレンズ素子から射出された光の中心強度よりも高い。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の画素を含む光変調領域を備えた光変調素子に設けられるマイクロレンズ素子であって、
第１のマイクロレンズ層を備え、
前記第１のマイクロレンズ層は、前記マイクロレンズ素子の周辺領域に設けられた第１のマイクロレンズと、前記マイクロレンズ素子の中心領域に設けられた第２のマイクロレンズと、を含み、
前記第２のマイクロレンズに入射して前記マイクロレンズ素子から射出された光の角度分布の均一性が、前記第１のマイクロレンズに入射して前記マイクロレンズ素子から射出された光の角度分布の均一性よりも高く、
前記第１のマイクロレンズに入射して前記マイクロレンズ素子から射出された光の中心強度が、前記第２のマイクロレンズに入射して前記マイクロレンズ素子から射出された光の中心強度よりも高いことを特徴とするマイクロレンズ素子。
【請求項２】
前記第１のマイクロレンズおよび前記第２のマイクロレンズの各々が、平凸レンズで構成され、
前記第１のマイクロレンズの凸面の一部が平坦面であることを特徴とする請求項１に記載のマイクロレンズ素子。
【請求項３】
前記第２のマイクロレンズの凸面の一部が平坦面であり、
前記第１のマイクロレンズの前記平坦面の面積が、前記第２のマイクロレンズの前記平坦面の面積よりも大きいことを特徴とする請求項２に記載のマイクロレンズ素子。
【請求項４】
前記第１のマイクロレンズの屈折率が、前記第２のマイクロレンズの屈折率よりも小さいことを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載のマイクロレンズ素子。
【請求項５】
第２のマイクロレンズ層をさらに備え、
前記周辺領域における前記第２のマイクロレンズ層の屈折力は、前記中心領域における前記第２のマイクロレンズ層の屈折力よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載のマイクロレンズ素子。
【請求項６】
前記第２のマイクロレンズ層は、前記周辺領域に設けられた第１の凸レンズを含むことを特徴とする請求項５に記載のマイクロレンズ素子。
【請求項７】
前記第２のマイクロレンズ層は、前記中心領域に設けられた第２の凸レンズをさらに含み、
前記第２の凸レンズの屈折力は前記第１の凸レンズの屈折力よりも小さいことを特徴とする請求項６に記載のマイクロレンズ素子。
【請求項８】
前記第２のマイクロレンズ層は、前記中心領域に設けられた凹レンズを含むことを特徴とする請求項５または６に記載のマイクロレンズ素子。
【請求項９】
複数の画素を含む光変調領域を備えた光変調素子と、
前記光変調素子に設けられたマイクロレンズ素子と、を備え、
前記マイクロレンズ素子が、請求項１から請求項８までのいずれか一項に記載のマイクロレンズ素子であることを特徴とする光変調装置。
【請求項１０】
前記マイクロレンズ素子が、請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載のマイクロレンズ素子であり、
前記マイクロレンズ素子は前記光変調素子の光入射側に設けられていることを特徴とする請求項９に記載の光変調装置。
【請求項１１】
前記マイクロレンズ素子が、請求項５から請求項８までのいずれか一項に記載のマイクロレンズ素子であり、
前記第１のマイクロレンズ層は前記光変調素子の光入射側に設けられ、
前記第２のマイクロレンズ層は前記光変調素子の光射出側に設けられていることを特徴とする請求項９に記載の光変調装置。
【請求項１２】
光源装置と、
前記光源装置からの光を変調する光変調装置と、
前記光変調装置により変調された光を投写する投写光学系と、を備え、
前記光変調装置が、請求項９から請求項１１までのいずれか一項に記載の光変調装置であることを特徴とするプロジェクター。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロレンズ素子、光変調装置およびプロジェクターに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、映像の高輝度化を図る目的で、プロジェクターの光源としてレーザー光源を用いることが検討されている。ところが、レーザー光源から射出される光は可干渉性を有するため、スペックルノイズが発生し、表示品位が低下することが問題となる。スペックルノイズは、投写光学系から射出された光が被投写面上で散乱し、散乱光が干渉して生じるノイズである。
【０００３】
この種のスペックルノイズを低減する手段として、投写光学系の射出瞳面における光強度の空間分布を均一化するための拡散光学素子を備えた投写型映像表示装置が開示されている（下記の特許文献１参照）。また、液晶ライトバルブを構成する薄膜トランジスタ（Thin Film Transistor, 以下、ＴＦＴと略記する）アレイ基板上に回折光学素子や光拡散層を形成し、透過光を拡散させることによりスペックルノイズを低減するプロジェクターが開示されている（下記の特許文献２参照）。
【０００４】
一方、液晶パネルに対向して配置されるマイクロレンズアレイにおいて、偏光解消の低減、光利用効率の確保を目的として、曲率半径が異なる複数種のマイクロレンズが周期的に配置されたプロジェクター装置が開示されている（下記の特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−１８０２８１号公報
【特許文献２】特開２０１０−３９１３７号公報
【特許文献３】特開２００５−３５２３９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
レーザー光源等の固体光源を用いたプロジェクターにおいて、スペックルノイズの低減は一つの課題であるが、それに加え、例えば投写光学系でのケラレを低減することで光利用効率を向上することが要求されている。しかしながら、上記の従来技術はこの要求を満足できるものではなかった。
【０００７】
例えば特許文献１の投写型映像表示装置では、光強度の空間分布を均一化するため、拡散光学素子を光路上に配置する必要がある。この場合、拡散光学素子を追加したことにより光利用効率が低下する。同様に、特許文献２のプロジェクターにおいても、回折光学素子や光拡散層を用いることにより光利用効率が低下する。ＴＦＴ基板上に回折光学素子や光拡散層を形成しなければならず、製造プロセスが複雑になる、という別の問題もある。特許文献３のプロジェクター装置は、スペックルノイズについて何ら考慮されておらず、スペックルノイズを低減できるものではない。
【０００８】
本発明の一つの態様は、上記の課題を解決するためになされたものであって、スペックルノイズが少なく、光利用効率が高いプロジェクターを提供することを目的の一つとする。また、この種のプロジェクターに用いて好適なマイクロレンズ素子および光変調装置を提供することを目的の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するために、本発明の第１の態様のマイクロレンズ素子は、複数の画素を含む光変調領域を備えた光変調素子に設けられるマイクロレンズ素子であって、第１のマイクロレンズ層を備え、前記第１のマイクロレンズ層は、前記マイクロレンズ素子の周辺領域に設けられた第１のマイクロレンズと、前記マイクロレンズ素子の中心領域に設けられた第２のマイクロレンズと、を含み、前記第２のマイクロレンズに入射して前記マイクロレンズ素子から射出された光の角度分布の均一性が、前記第１のマイクロレンズに入射して前記マイクロレンズ素子から射出された光の角度分布の均一性よりも高く、前記第１のマイクロレンズに入射して前記マイクロレンズ素子から射出された光の中心強度が、前記第２のマイクロレンズに入射して前記マイクロレンズ素子から射出された光の中心強度よりも高いことを特徴とする。
【００１０】
プロジェクターにおいて、投写光学系の射出瞳における照度(強度)分布はスペックルノイズの大きさに影響する。スペックルノイズを小さくするためには、射出瞳における照度分布の均一性を高めることが有効である。また、投写光学系に入射する光の角度分布の均一性が高いほど、射出瞳における照度分布の均一性が高い。従って、本発明の第１の態様のマイクロレンズ素子を用いた場合、第２のマイクロレンズに入射してマイクロレンズ素子から射出された光の角度分布の均一性が、第１のマイクロレンズに入射してマイクロレンズ素子から射出された光の角度分布の均一性よりも高いため、マイクロレンズ素子の中心領域においては、マイクロレンズ素子の周辺領域よりも、スペックルノイズを低減する効果が高い。
【００１１】
プロジェクターにおいて、投写光学系に向かって進む光のうち、大きな角度の成分は投写光学系などの光学素子によってけられるため、有効に利用することができない。しかし、本発明の第１の態様のマイクロレンズ素子を用いた場合、第１のマイクロレンズに入射してマイクロレンズ素子から射出された光の中心強度が、第２のマイクロレンズに入射してマイクロレンズ素子から射出された光の中心強度よりも高いため、マイクロレンズ素子の周辺領域から射出された光の利用効率を向上させることができる。これにより、全体としてスペックルノイズが少なく、全体として光利用効率が高い光変調装置およびプロジェクターを構成することができる。
【００１２】
また、本発明の第１の態様のマイクロレンズ素子において、第１のマイクロレンズおよび第２のマイクロレンズの各々が、平凸レンズで構成され、第１のマイクロレンズの凸面の一部が平坦面であってもよい。
【００１３】
上記の構成によれば、例えばマイクロレンズ素子に平行光を入射させた場合、平坦面から第１のマイクロレンズに入射した光は、マイクロレンズ素子から平行光のまま射出される。また、平坦面以外の凸面から第１のマイクロレンズに入射し、マイクロレンズ素子から射出される光は焦点に向けて集束する。その結果、例えば投写光学系等、後段の光学系でけられる光が少なくなり、光利用効率をさらに向上させることができる。その結果、全体としてスペックルノイズが少なく、全体として光利用効率が高い光変調装置およびプロジェクターを構成することができる。
【００１４】
本発明の第１の態様のマイクロレンズ素子において、前記第２のマイクロレンズの凸面の一部が平坦面であり、前記第１のマイクロレンズの前記平坦面の面積が、前記第２のマイクロレンズの前記平坦面の面積よりも大きい構成としてもよい。
【００１５】
上記の構成によれば、光変調領域の中心領域の画素に対応する第２のマイクロレンズも、凸面の一部が平坦面となっている。この場合、第２のマイクロレンズに入射した光についても、平行光のまま射出される光束が発生する。しかしながら、第１のマイクロレンズの平坦面の面積が第２のマイクロレンズの平坦面の面積よりも大きいため、平行光のまま射出される光束の割合は、第１のマイクロレンズの方が第２のマイクロレンズよりも多くなる。したがって、スペックルノイズの低減効果については第２のマイクロレンズが第１のマイクロレンズよりも相対的に大きく、光利用効率の向上効果については第１のマイクロレンズが第２のマイクロレンズよりも相対的に大きくなる。その結果、全体としてスペックルノイズが少なく、全体として光利用効率が高い光変調装置およびプロジェクターを構成することができる。
【００１６】
本発明の第１の態様のマイクロレンズ素子において、前記第１のマイクロレンズの屈折率が、前記第２のマイクロレンズの屈折率よりも小さい構成としてもよい。
【００１７】
上記の構成によれば、光変調領域の中心領域の画素に対応する第２のマイクロレンズの屈折率は相対的に大きい。そのため、第２のマイクロレンズを透過した光は角度分布が拡がり、瞳位置での照度分布がより均一になる。その結果、スペックルノイズを低減することができる。一方、光変調領域の周辺領域の画素に対応する第１のマイクロレンズの屈折率は相対的に小さい。そのため、第１のマイクロレンズを透過した光の角度分布は、第２のマイクロレンズを透過した光の角度分布に比べて小さくなる。その結果、例えば投写光学系等、後段の光学系にけられる光が少なくなり、光利用効率を向上させることができる。その結果、全体としてスペックルノイズが少なく、全体として光利用効率が高い光変調装置およびプロジェクターを構成することができる。
【００１８】
本発明の第１の態様のマイクロレンズ素子において、第２のマイクロレンズ層をさらに備え、前記周辺領域における前記第２のマイクロレンズ層の屈折力は、前記中心領域における前記第２のマイクロレンズ層の屈折力よりも大きい構成としてもよい。
【００１９】
上記の構成によれば、例えば光変調素子に平行光を入射させた場合、光入射側の第１のマイクロレンズ層により平行光が所定の角度分布をもった光に変換されて光変調素子に入射し、さらに第２のマイクロレンズ層に入射する。周辺領域における第２のマイクロレンズ層の屈折力は、中心領域における第２のマイクロレンズ層の屈折力よりも大きいため、第２のマイクロレンズ層の周辺領域に入射した光は、再度角度分布が狭い光に変換されてマイクロレンズ素子から射出される。そのため、例えば投写レンズ等、後段の光学素子にけられる光が少なくなり、光利用効率を向上させることができる。一方、マイクロレンズ素子の中心領域から射出された光の角度分布は、マイクロレンズ素子の周辺領域から射出された角度分布よりも広く、かつ均一性が高い。そのため、高いスペックルノイズ低減効果が得られる。その結果、全体としてスペックルノイズが少なく、全体として光利用効率が高い光変調装置およびプロジェクターを構成することができる。
【００２０】
本発明の第１の態様のマイクロレンズ素子において、前記第２のマイクロレンズ層は、前記周辺領域に設けられた第１の凸レンズを含んでいてもよい。
【００２１】
上記の構成によれば、周辺領域に設けられた第１の凸レンズによって、周辺領域における第２のマイクロレンズ層の屈折力を中心領域における第２のマイクロレンズ層の屈折力よりも大きくする構成を実現することができる。
【００２２】
本発明の第１の態様のマイクロレンズ素子において、前記第２のマイクロレンズ層は、前記中心領域に設けられた第２の凸レンズをさらに含み、前記第２の凸レンズの屈折力は前記第１の凸レンズの屈折力よりも小さい構成としてもよい。
【００２３】
この構成によれば、第２のマイクロレンズ層は中心領域に設けられた第２の凸レンズを含むため、第２の凸レンズを含まない第２のマイクロレンズ層を用いた場合と比べ、光変調領域の中心領域から射出された光についても角度分布が狭まる光に変換される作用が生じる。その場合でも、第２の凸レンズの屈折力は第１の凸レンズの屈折力よりも小さいため、第２のマイクロレンズ層の周辺領域に入射した光は、中心領域に入射した光に比べて角度分布がより狭い光に変換される。
【００２４】
本発明の第１の態様のマイクロレンズ素子において、前記第２のマイクロレンズ層は、前記中心領域に設けられた凹レンズを含んでいてもよい。
【００２５】
この構成によれば、第２のマイクロレンズ層は中心領域に設けられた凹レンズを含んでおり、中心領域から射出される光は、凹レンズの作用によって角度分布がより大きい光に変換される。そのため、スペックルノイズをより効果的に低減できる。一方、周辺領域からの射出光は凹レンズに入射しないため、角度分布がより大きい光に変換されることはない。そのため、例えば投写光学系等、後段の光学系にけられる光は多くならない。このように、スペックルノイズを低減でき、かつ、光利用効率の向上が図れる。
【００２６】
本発明の第１の態様の光変調装置は、複数の画素を含む光変調領域を備えた光変調素子と、マイクロレンズ素子と、を備え、前記マイクロレンズ素子が、本発明の一つの態様のマイクロレンズ素子であることを特徴とする。
【００２７】
この構成によれば、本発明の第１の態様の光変調装置が本発明の一つの態様のマイクロレンズ素子を備えているため、スペックルノイズを低減でき、かつ、光利用効率の向上を図ることができる。
【００２８】
本発明の第１の態様の光変調装置において、前記マイクロレンズ素子は、第１のマイクロレンズ層を備えたマイクロレンズ素子であり、前記マイクロレンズ素子は前記光変調素子の光入射側に設けられていることが望ましい。
【００２９】
この構成によれば、第１のマイクロレンズ層により光変調素子の各画素に光を効率良く入射させることができ、光利用効率を向上させることができる。
【００３０】
本発明の第１の態様の光変調装置において、前記マイクロレンズ素子は、第１のマイクロレンズ層と第２のマイクロレンズ層とを備えたマイクロレンズ素子であり、前記第１のマイクロレンズ層は前記光変調素子の光入射側に設けられ、前記第２のマイクロレンズ層は前記光変調素子の光射出側に設けられていることが望ましい。
【００３１】
この構成によれば、第１のマイクロレンズ層として、例えば中心領域と周辺領域とで同一の凸レンズを用いることができ、光変調素子の各画素に光を効率良く入射させることができ、光利用効率を向上させることができる。
【００３２】
本発明の一つの態様のプロジェクターは、光源装置と、前記光源装置からの光を変調する光変調装置と、前記光変調装置により変調された光を投写する投写光学系と、を備え、前記光変調装置が、上記本発明の一つの態様の光変調装置であることを特徴とする。
【００３３】
本発明の一つの態様のプロジェクターは、本発明の一つの態様の光変調装置を備えているため、表示品質に優れ、光利用効率が高いプロジェクターを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の第１実施形態のプロジェクターの構成を示す模式図である。
【図２】第１実施形態のプロジェクターに用いるマイクロレンズ素子を示す斜視図である。
【図３】マイクロレンズ素子の平面図である。
【図４】マイクロレンズ素子の作用を説明するための図である。
【図５】（Ａ）〜（Ｃ）液晶ライトバルブからの射出光の角度分布のシミュレーション結果を示す図である。
【図６】第２実施形態のマイクロレンズ素子を示す斜視図である。
【図７】マイクロレンズ素子の平面図である。
【図８】第３実施形態のマイクロレンズ素子を示す斜視図である。
【図９】マイクロレンズ素子の平面図である。
【図１０】（Ａ）〜（Ｃ）液晶ライトバルブからの射出光の角度分布のシミュレーション結果を示す図である。
【図１１】第４実施形態のマイクロレンズ素子を示す斜視図である。
【図１２】マイクロレンズ素子を構成するマイクロレンズの変形例を示す斜視図である。
【図１３】図１１のマイクロレンズを示す模式図である。
【図１４】第５実施形態の光変調装置を示す断面図である。
【図１５】第５実施形態の変形例の光変調装置を示す断面図である。
【図１６】第６実施形態の光変調装置を示す断面図である。
【図１７】マイクロレンズ素子の変形例を示す平面図である。
【図１８】マイクロレンズ素子の他の変形例を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態について、図１〜図５を用いて説明する。
本実施形態のプロジェクターは、レーザー光源を用いた液晶プロジェクターである。
以下の各図面においては各構成要素を見やすくするため、構成要素によって寸法の縮尺を異ならせて示すことがある。
【００３６】
図１に示すように、第１実施形態のプロジェクター１は、赤色光を射出する光源装置２Ｒ、緑色光を射出する光源装置２Ｇ、青色光を射出する光源装置２Ｂと、赤色光用光変調装置３Ｒ、緑色光用光変調装置３Ｇ、青色光用光変調装置３Ｂと、色合成素子４と、投写光学系５と、を備えている。すなわち、プロジェクター１は、光源装置と光変調装置との組を、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の色光毎に備え、合計で３組備えている。本明細書では、赤色光用光変調装置３Ｒ、緑色光用光変調装置３Ｇ、青色光用光変調装置３Ｂを、光変調装置３と称することがある。
【００３７】
プロジェクター１は、概略すると以下のように動作する。
光源装置２Ｒ、光源装置２Ｇ、光源装置２Ｂの各々から射出された色光は、各色光に対応する赤色光用光変調装置３Ｒ、緑色光用光変調装置３Ｇ、青色光用光変調装置３Ｂに入射し、変調される。赤色光用光変調装置３Ｒ、緑色光用光変調装置３Ｇ、青色光用光変調装置３Ｂにより変調された色光は、色合成素子４に入射して合成される。色合成素子４により合成された画像を内包した光は、投写光学系５により壁やスクリーン等の被投写面６に拡大投写され、フルカラーの投写画像が表示される。
【００３８】
以下、プロジェクター１の各構成要素について説明する。
光源装置２Ｒ、光源装置２Ｇ、光源装置２Ｂの各々は、対応する色光を射出する赤色光源部７Ｒ、緑色光源部７Ｇ、青色光源部７Ｂと、計算機生成ホログラム８（Computer Generated Hologram, 以下、CGHと略記する）と、平行化レンズ９と、を備えている。赤色光源部７Ｒ、緑色光源部７Ｇ、青色光源部７Ｂの各々は、複数のレーザー光源（図示略）を有し、コヒーレント光であるレーザー光を射出する。赤色光源部７Ｒ、緑色光源部７Ｇ、青色光源部７Ｂでは、例えば複数のレーザー光源をアレイ状に配列することにより、高出力のレーザー光を得ることができる。赤色光源部７Ｒは、赤色光を射出する複数の赤色レーザー光源を有する。緑色光源部７Ｇは、緑色光を射出する複数の緑色レーザー光源を有する。青色光源部７Ｂは、青色光を射出する複数の青色レーザー光源を有する。
【００３９】
ＣＧＨ８は、領域毎に異なる回折パターンが形成された回折光学素子である。ＣＧＨ８は、ＣＧＨ８から射出される光の照明領域が赤色光用光変調装置３Ｒ、緑色光用光変調装置３Ｇ、青色光用光変調装置３Ｂの各々の光変調領域に合致するようにビームを成型する。平行化レンズ９は、赤色光源部７Ｒ、緑色光源部７Ｇ、青色光源部７Ｂの各々から射出されたレーザー光を平行化し、赤色光用光変調装置３Ｒ、緑色光用光変調装置３Ｇ、青色光用光変調装置３Ｂに向けて射出する。
【００４０】
光変調装置は、赤色光用光変調装置３Ｒと、緑色光用光変調装置３Ｇと、青色光用光変調装置３Ｂと、を含んでいる。赤色光用光変調装置３Ｒと緑色光用光変調装置３Ｇと青色光用光変調装置３Ｂとは同一の構成である。赤色光用光変調装置３Ｒ、緑色光用光変調装置３Ｇ、青色光用光変調装置３Ｂの各々は、入射側偏光板（図示略）と、第１のマイクロレンズ層１１と、液晶ライトバルブ１２と、射出側偏光板（図示略）と、を備えている。液晶ライトバルブ１２は、マトリクス状に配置された複数の画素を有し、これら複数の画素の形成領域が光変調領域である。第１のマイクロレンズ層１１は、液晶ライトバルブ１２の光入射側に配置されている。第１のマイクロレンズ層１１は、液晶ライトバルブ１２の光入射側の面に密着して配置されていてもよいし、液晶ライトバルブ１２の光入射側の面から離間して配置されていてもよい。入射側偏光板、射出側偏光板は周知の偏光板を用いることができるが、例えば耐熱性の高い無機偏光板を用いることが望ましい。本実施形態の第１のマイクロレンズ層１１は、特許請求の範囲におけるマイクロレンズ素子に相当し、液晶ライトバルブ１２は、特許請求の範囲における光変調素子に相当する。
【００４１】
以下、説明の便宜上、光変調領域のうちの周辺領域と第１のマイクロレンズ層１１の周辺領域とを第１の領域、光変調領域のうちの中心領域と第１のマイクロレンズ層１１の中心領域とを第２の領域、と称することがある。また、第１の領域と第２の領域との間の領域を第３の領域と称することがある。なお、平面視において、光変調領域のうち周辺領域と第１のマイクロレンズ層１１の周辺領域とは互いに重なり合い、光変調領域のうち中心領域と第１のマイクロレンズ層１１の中心領域とは互いに重なり合うものとする。
【００４２】
図２に示すように、液晶ライトバルブ１２は、画素毎に薄膜トランジスタ（Thin Film Transistor, 以下、ＴＦＴと略記する）が形成されたＴＦＴアレイ基板１４と、対向基板１５と、ＴＦＴアレイ基板１４と対向基板１５との間に挟持された液晶層１６と、を備えている。液晶ライトバルブ１２は、透過型の液晶パネルで構成される。液晶ライトバルブ１２は、画像信号を供給するパーソナルコンピューター等の信号源（図示略）と電気的に接続されている。液晶ライトバルブ１２は、画像信号に基づき、入射光を画素毎に変調して画像を形成する。赤色光用光変調装置３Ｒ、緑色光用光変調装置３Ｇ、および青色光用光変調装置３Ｂは、それぞれ赤色画像、緑色画像、および青色画像を形成する。赤色光用光変調装置３Ｒ、緑色光用光変調装置３Ｇ、青色光用光変調装置３Ｂの各々により変調された色光は、色合成素子４に入射する。
【００４３】
図２に示すように、第１のマイクロレンズ層１１は、アレイ状に配置された複数のマイクロレンズを有する。ここでは、液晶ライトバルブ１２は、６行６列に配置された複数の画素を有し、第１のマイクロレンズ層１１は、６行６列に配置された複数のマイクロレンズを有するものとする。複数のマイクロレンズの各々は、液晶ライトバルブ１２の画素の位置に対応して配置されている。複数のマイクロレンズは、第１の領域に設けられた複数の第１のマイクロレンズ１８と、第２の領域に設けられた複数の第２のマイクロレンズ１９と、第３の領域に設けられた複数の第３のマイクロレンズ２０と、を含む。第１のマイクロレンズ１８、第２のマイクロレンズ１９、第３のマイクロレンズ２０の各々は、平凸レンズで構成されている。
【００４４】
第１のマイクロレンズ１８は、円錐台状の形状を有する。よって、第１のマイクロレンズ１８の凸面１８ａの一部である中心部分は、第１のマイクロレンズ１８の平面１８ｂに略平行な平坦面１８ｃとなっている。第３のマイクロレンズ２０は、円錐台状の形状を有する。よって、第３のマイクロレンズ２０の凸面２０ａの一部である中心部分は、第３のマイクロレンズ２０の平面２０ｂに略平行な平坦面２０ｃとなっている。第２のマイクロレンズ１９は、円錐状の形状を有する。第２のマイクロレンズ１９の凸面１９ａは、第２のマイクロレンズ１９の平面１９ｂに対して傾斜した傾斜面となっている。
【００４５】
本実施形態の例では、図３に示すように、第１のマイクロレンズ１８は、最も外側の１行目および最も外側の１列目に配置されている。第３のマイクロレンズ２０は、外側から２行目および外側から２列目に配置されている。第２のマイクロレンズ１９は、中央の２行２列に配置されている。
【００４６】
以下の説明では、第１のマイクロレンズ１８および第３のマイクロレンズ２０の形状をなす円錐台の互いに平行な２つの面のうち、面積が狭い方の面を上面と称し、面積が広い方の面を下面と称し、上面および下面に対して傾斜した面を傾斜面と称する。また、第２のマイクロレンズ１９の形状をなす円錐の底面を下面と称し、下面に対して傾斜した面を傾斜面と称する。
【００４７】
第１のマイクロレンズ１８、第２のマイクロレンズ１９、および第３のマイクロレンズ２０の全てにおいて、下面に対する傾斜面の傾斜角度は同一である。言い換えると、第１のマイクロレンズ１８と第３のマイクロレンズ２０とは、第２のマイクロレンズ１９の形状である円錐を下面（平面１９ｂ）に平行な面で切断したときの円錐台の形状を有している。また、ともに円錐台状の形状を有する第１のマイクロレンズ１８と第３のマイクロレンズ２０とを比較すると、第１のマイクロレンズ１８の上面（平坦面１８ｃ）の面積は、第３のマイクロレンズ２０の上面（平坦面２０ｃ）の面積よりも大きい。
【００４８】
第２のマイクロレンズ１９の頂点は尖っており、第２のマイクロレンズ１９は平坦面を有していない。ただし、第２のマイクロレンズ１９の形状を上面（平坦面）の面積が０（ゼロ）の円錐台とみなせば、第１のマイクロレンズ１８、第２のマイクロレンズ１９、および第３のマイクロレンズ２０の上面の面積は、第２の領域、第３の領域、第１の領域の順に、マイクロレンズ素子の中央から周辺に向けて、大きくなっていると言い換えることもできる。
【００４９】
この構成を実現する場合、第１のマイクロレンズ１８、第２のマイクロレンズ１９、第３のマイクロレンズ２０において、下面の直径を同一にし、下面から上面もしくは頂点までの高さを、第２の領域、第３の領域、第１の領域の順に、第１のマイクロレンズ層１１の中央から周辺に向けて低くしてもよい。もしくは、下面から上面もしくは頂点までの高さを同一にし、下面の直径を、第２の領域、第３の領域、第１の領域の順に、第１のマイクロレンズ層１１の中央から周辺に向けて大きくしてもよい。
【００５０】
図１に戻って、色合成素子４は、ダイクロイックプリズム等により構成される。ダイクロイックプリズムは、４つの三角柱プリズムが互いに貼り合わされた構成を有する。三角柱プリズムが互いに貼り合わされる面は、ダイクロイックプリズムの内面になる。ダイクロイックプリズムの内面に、赤色光が反射し緑色光が透過するミラー面と、青色光が反射し緑色光が透過するミラー面と、が互いに直交して設けられている。ダイクロイックプリズムに入射した緑色光は、ミラー面を透過して直進して射出される。ダイクロイックプリズムに入射した赤色光および青色光は、ミラー面で選択的に反射あるいは透過し、緑色光の射出方向と同じ方向に射出される。
【００５１】
このようにして、画像情報を内包した３つの色光ＬＲ，色光ＬＧ，色光ＬＢが重ね合わされて合成される。合成された光は、投写光学系５によって被投写面６に拡大投写され、被投写面６上に画像が形成される。
本実施形態のプロジェクター１は、以上のような構成となっている。
【００５２】
以下、本実施形態の第１のマイクロレンズ層１１の作用を説明する。
図４は、第１のマイクロレンズ層１１のうち、周辺領域の第１のマイクロレンズ１８と中心領域の第２のマイクロレンズ１９を抜き出した模式図である。第１のマイクロレンズ１８の平面１８ｂと第２のマイクロレンズ１９の平面１９ｂとを含む平面を基準面Ｆとする。ここで、基準面Ｆに対して垂直に、第１のマイクロレンズ層１１の上面側から第１のマイクロレンズ層１１へ入射する光Ｌ０を考える。
【００５３】
まず初めに、スペックルノイズを低減する効果について説明する。
光変調装置３から射出される光の角度分布の拡がりが大きく、かつ、光が広がっている角度範囲において光強度の角度依存性が小さい程、スペックルコントラストが低くなり、スクリーン上でのちらつきが少なくなる。以下に説明するように、マイクロレンズの形状によって、スペックルノイズを低減する効果が異なる。
【００５４】
第１のマイクロレンズ１８は円錐台状であり、光Ｌ０が入射する面のうち平坦面１８ｃは、光Ｌ０の中心軸に垂直な平面である。そのため、第１のマイクロレンズ１８に入射した光のうち、傾斜面に入射した光Ｌ０は屈折して第１のマイクロレンズ１８から射出されるが、平坦面１８ｃに入射した光Ｌ０はそのまま直進して第１のマイクロレンズ１８から射出される。このように、第１のマイクロレンズ１８は、入射光Ｌ０の一部を拡散させることなく射出させる作用を有する。
【００５５】
一方、第２のマイクロレンズ１９は円錐状であり、光Ｌ０が入射する面の全てが傾斜面である。そのため、第２のマイクロレンズ１９に入射した光Ｌ０は、略全ての成分が屈折して第２のマイクロレンズ１９から射出される。つまり、第２のマイクロレンズ１９は第１のマイクロレンズ１８よりも多くの光を拡散させる作用を有する。
【００５６】
本発明者らは、スペックルノイズを低減する効果とマイクロレンズの形状との関係を調べるために、シミュレーションを行った。シミュレーションでは、所定の角度分布を有する光Ｌ０を基準面Ｆに対して垂直に、第１のマイクロレンズ層１１の上面側から第１のマイクロレンズ層１１へ入射させたときの、マイクロレンズからの射出光の角度分布を求めた。さらに、得られた角度分布から、角度分布の均一性および中心強度を計算した。マイクロレンズに入射する光Ｌ０として、強度が高い箇所と強度が低い箇所とが交互に配置され、全体としてチェッカーフラッグ状の角度分布パターンを持つ光を用いた。
【００５７】
図５（Ａ）、図５（Ｂ）、図５（Ｃ）は、１個のマイクロレンズからの射出光の強度の角度分布を示す図である。角度分布図の横軸、縦軸は、光軸に垂直でかつ互いに直交する２方向における射出角度である。角度分布図において、白く見える箇所は強度が高い箇所、黒く見える箇所は強度が低い箇所をそれぞれ示している。
【００５８】
図５（Ａ）は、第２のマイクロレンズ１９の角度分布図である。図５（Ｂ）は、第３のマイクロレンズ２０の角度分布図である。図５（Ｃ）は、第１のマイクロレンズ１８の角度分布図である。シミュレーション条件は、各マイクロレンズの下面から上面までの高さを６μｍで同一とし、かつ傾斜面の傾斜角度を同一とした。第２のマイクロレンズ１９については、上面の直径を０（上面を持たない円錐形）、下面の直径を１６．４μｍとした。第３のマイクロレンズ２０については、上面の直径を４μｍ、下面の直径を２０．４μｍとした。第１のマイクロレンズ１８については、上面の直径を６μｍ、下面の直径を２２．４μｍとした。
【００５９】
上記の各部の寸法、角度分布の均一性および中心強度を［表１］に示す。角度分布の均一性は、第２のマイクロレンズの角度分布の均一性を１としたときの相対値で示した。中心強度は、角度分布図において中心（０，０）から５度以内の矩形の角度範囲に収まる光の光量の全体に対する割合を示している。
【００６０】
【表１】
2015055739.tif 000003
【００６１】
図５に示したように、各マイクロレンズの傾斜面の傾斜角度は同一であるため、射出光の角度分布の拡がり（光線束の拡がり角）は略同じである。しかし、図５および表１からわかるように、上面（平坦面）を持たない第２のマイクロレンズ１９の場合、角度分布の均一性が相対的に高く、上面（平坦面）の面積が大きい第１のマイクロレンズ１８の場合、角度分布の均一性が相対的に低い。角度分布の均一性が高い、ということは、光が広がっている角度範囲において光強度の角度依存性が小さいということを意味する。このように、第２のマイクロレンズ１９は、第１のマイクロレンズ１８よりも角度分布の均一性が高く、スペックルノイズの低減効果が高い。
【００６２】
次に、光利用効率を向上させる効果について説明する。
光変調装置３から射出される光のうち射出角度が大きい成分は、投写光学系５でけられるため、利用することができない。表１からわかるように、第１のマイクロレンズ１８は、第２のマイクロレンズ１９よりも射出光の中心強度が高く、すなわち射出角度が大きい成分が少ない。従って、第１のマイクロレンズ１８は、第２のマイクロレンズ１９よりも光利用効率の向上効果が高い。第３のマイクロレンズは、第２のマイクロレンズと第１のマイクロレンズの中間の特性を有する。
【００６３】
以上、説明したように、第２のマイクロレンズ１９は、第１のマイクロレンズ１８よりもスペックルノイズの低減効果が高く、第１のマイクロレンズ１８は、第２のマイクロレンズ１９よりも光利用効率の向上効果が高い。ここで、被投写面６に投写される画像のスペックルノイズを低減するために、光変調装置３の全ての画素に第２のマイクロレンズ１９を設けることが考えられる。ところが、投写光学系５でけられることによる光の利用効率の低下は、周辺領域で顕著であるため、光変調装置３の全ての画素に第２のマイクロレンズ１９を設けた場合、画像の周辺領域が中心領域と比べて暗くなってしまう。これに対し、周辺領域に第１のマイクロレンズ１８を設けた場合、周辺領域に第２のマイクロレンズ１９を設けた場合よりも、投写光学系５でけられる光の割合が少なくなる。
【００６４】
そこで、本実施形態による第１のマイクロレンズ層１１は、第１の領域に第１のマイクロレンズ１８を備え、第２の領域に第２のマイクロレンズ１９を備える。第１のマイクロレンズ１８は、第２のマイクロレンズ１９よりもスペックルノイズを低減する効果が小さいものの、スペックルノイズを低減する効果を持っている。従って、第１のマイクロレンズ層１１を用いることによって、画像のスペックルノイズが全体として低減されるとともに、照明光の利用効率が全体として高いプロジェクターを実現できる。画像の中心領域では、画像の周辺領域よりもスペックルノイズが大きく低減され、画像の周辺領域でも高い光利用効率が得られる。
【００６５】
［第２実施形態］
以下、本発明の第２実施形態について、図６、図７を用いて説明する。
第２実施形態のプロジェクターの基本構成は第１実施形態と同様であり、マイクロレンズ素子の構成が第１実施形態と異なる。
図６、図７において第１実施形態で用いた図面と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
【００６６】
第１実施形態では、第１のマイクロレンズ層を構成するマイクロレンズが円錐状もしくは円錐台状であった。これに対して、本実施形態では、第１のマイクロレンズ層を構成するマイクロレンズが四角錐状もしくは四角錐台状である。
【００６７】
図６、図７に示すように、第１のマイクロレンズ層２３は、アレイ状に配置された複数のマイクロレンズを有する。複数のマイクロレンズの各々は、液晶ライトバルブ１２の画素の位置に対応して配置されている。複数のマイクロレンズは、光変調領域の第１の領域に設けられた複数の第１のマイクロレンズ２４と、光変調領域の第２の領域に設けられた複数の第２のマイクロレンズ２５と、光変調領域の第３の領域に設けられた複数の第３のマイクロレンズ２６と、を含む。第１のマイクロレンズ２４、第２のマイクロレンズ２５、第３のマイクロレンズ２６の各々は、平凸レンズで構成されている。
【００６８】
本実施形態の例では、図７に示すように、第１のマイクロレンズ２４は、最も外側の１行目および最も外側の１列目に配置されている。第３のマイクロレンズ２６は、外側から２行目および外側から２列目に配置されている。第２のマイクロレンズ２５は、中央の２行２列に配置されている。
【００６９】
第１のマイクロレンズ２４は、四角錐台状の形状を有する。よって、第１のマイクロレンズ２４の凸面２４ａの一部である中心部分は、第１のマイクロレンズ２４の平面２４ｂに略平行な平坦面２４ｃとなっている。第３のマイクロレンズ２６は、四角錐台状の形状を有する。よって、第３のマイクロレンズ２６の凸面２６ａの一部である中心部分は、第３のマイクロレンズ２６の平面２６ｂに略平行な平坦面２６ｃとなっている。第２のマイクロレンズ２５は、四角錐状の形状を有する。第２のマイクロレンズ２５の凸面２５ａは、第２のマイクロレンズ２５の平面２５ｂに対して傾斜した傾斜面となっている。
【００７０】
以下の説明では、第１のマイクロレンズ２４および第３のマイクロレンズ２６の形状をなす四角錐台の互いに平行な２つの面のうち、面積が狭い方の面を上面と称し、面積が広い方の面を下面と称し、上面および下面に対して傾斜した面を傾斜面と称する。また、第２のマイクロレンズ２５の形状をなす四角錐の底面を下面と称し、下面に対して傾斜した面を傾斜面と称する。
【００７１】
第１のマイクロレンズ２４、第２のマイクロレンズ２５、および第３のマイクロレンズ２６の全てにおいて、下面に対する傾斜面の傾斜角度は同一である。また、四角錐台状の第１のマイクロレンズ２４と第３のマイクロレンズ２６とを比較すると、第１のマイクロレンズ２４の平坦面２４ｃの面積は、第３のマイクロレンズ２６の平坦面２６ｃの面積よりも大きい。言い換えると、第１のマイクロレンズ２４と第３のマイクロレンズ２６とは、第２のマイクロレンズ２５の形状である四角錐を平面２５ｂに平行な面で切断したときの四角錐台の形状を有している。また、第２のマイクロレンズ２５の形状を上面（平坦面）の面積が０（ゼロ）の四角錐台とみなせば、第１のマイクロレンズ２４、第２のマイクロレンズ２５、および第３のマイクロレンズ２６の上面の面積は、第２の領域、第３の領域、第１の領域の順に、第１のマイクロレンズ層２３の中央から周辺に向けて、大きくなっていると言うこともできる。
【００７２】
この構成を実現する場合、第１のマイクロレンズ２４、第２のマイクロレンズ２５、および第３のマイクロレンズ２６において、下面の寸法を同一にし、下面から上面もしくは頂点までの高さを、第２の領域、第３の領域、第１の領域の順に、第１のマイクロレンズ層２３の中央から周辺に向けて低くしてもよい。もしくは、下面から上面もしくは頂点までの高さを同一にし、下面の寸法を、第２の領域、第３の領域、第１の領域の順に、第１のマイクロレンズ層２３の中央から周辺に向けて大きくしてもよい。
【００７３】
以下、本実施形態の第１のマイクロレンズ層２３の作用を説明する。各マイクロレンズの形状は第１実施形態で説明した第１のマイクロレンズ層１１の各マイクロレンズの形状と異なるが、基本的な特性は同じである。すなわち、第１のマイクロレンズ２４は、入射光Ｌ０の一部を拡散させることなく射出させる作用を有する。また、第２のマイクロレンズ２５は第１のマイクロレンズ２４よりも多くの光を拡散させる作用を有する。
【００７４】
本発明者らは、第１実施形態と同様にシミュレーションを行った。第１実施形態で行ったシミュレーションと異なる点は、マイクロレンズの形状と各部の寸法である。その結果について以下、説明する。
【００７５】
本シミュレーションでは、各マイクロレンズの下面から上面までの高さを１０μｍで同一とし、かつ傾斜面の傾斜角度を同一とした。第２のマイクロレンズ２５については、上面の一辺の長さを０（上面を持たない四角錐形）、下面の一辺の長さを１６．４μｍとした。第３のマイクロレンズ２６については、上面の一辺の長さを４μｍ、下面の一辺の長さを２０．４μｍとした。第１のマイクロレンズ２４については、上面の一辺の長さを６μｍ、下面の一辺の長さを２２．４μｍとした。
【００７６】
上記の各部の寸法、および角度分布の均一性および中心強度を［表２］に示す。
【００７７】
【表２】
2015055739.tif 000004
【００７８】
表２に示したように、上面（平坦面）を持たない第２のマイクロレンズ２５の場合、角度分布の均一性が相対的に高く、中心強度が相対的に低い。一方、上面（平坦面）を持つ第１のマイクロレンズ２４の場合、角度分布の均一性が相対的に低く、中心強度が相対的に高い。したがって、第２のマイクロレンズ２５は、第１のマイクロレンズ２４よりも角度分布の均一性が高く、スペックルノイズの低減効果が高い。また、第１のマイクロレンズ２４は、第２のマイクロレンズ２５よりも光利用効率が高い。そして、第３のマイクロレンズ２６は、第２のマイクロレンズ２５と第１のマイクロレンズ２４の中間の特性を有する。
【００７９】
そこで、第１の領域に第１のマイクロレンズ２４を備え、第２の領域に第２のマイクロレンズ２５を備える第１のマイクロレンズ層２３を用いることによって、画像のスペックルノイズが全体として低減されるとともに、照明光の利用効率が全体として高いプロジェクターを実現できる。
【００８０】
なお、第２実施形態では、四角錐状もしくは四角錐台状のマイクロレンズを用いる例を示したが、三角錐、五角錐等、他の角錐状もしくは角錐台状のマイクロレンズを用いることができる。
【００８１】
第１、第２実施形態では、マイクロレンズ素子の中央領域に平坦な上面が存在しない円錐状もしくは四角錐状のマイクロレンズを配置したが、この構成に代えて、マイクロレンズ素子の中央領域にも、周辺領域と同様、平坦な上面を有する円錐台状もしくは四角錐台状のマイクロレンズを配置してもよい。その場合、中央領域に配置されたマイクロレンズの上面の面積が、周辺領域に配置されたマイクロレンズの上面の面積よりも小さければよい。
【００８２】
［第３実施形態］
以下、本発明の第３実施形態について、図８〜図１０を用いて説明する。
第３実施形態のプロジェクターの基本構成は第１実施形態と同様であり、マイクロレンズ素子の構成が第１実施形態と異なる。
図８〜図１０において第１実施形態で用いた図面と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
【００８３】
第１実施形態、第２実施形態では、第１のマイクロレンズ層を構成する複数のマイクロレンズの形状が、周辺領域に設けられたマイクロレンズと中央領域に設けられたマイクロレンズとで異なっていた。これに対して、本実施形態では、第１のマイクロレンズ層を構成する複数のマイクロレンズの形状は全て同一である。また、屈折率は、周辺領域に設けられたマイクロレンズと中央領域に設けられたマイクロレンズとで異なっている。
【００８４】
図８、図９に示すように、第１のマイクロレンズ層２９は、アレイ状に配置された複数のマイクロレンズを有する。複数のマイクロレンズの各々は、液晶ライトバルブ１２の画素の位置に対応して配置されている。複数のマイクロレンズは、光変調領域の第１の領域に設けられた複数の第１のマイクロレンズ３０と、光変調領域の第２の領域に設けられた複数の第２のマイクロレンズ３１と、光変調領域の第３の領域に設けられた複数の第３のマイクロレンズ３２と、を含む。第１のマイクロレンズ３０、第２のマイクロレンズ３１、および第３のマイクロレンズ３２は、全て円錐状の形状を有する。
【００８５】
本実施形態の例では、図９に示すように、第１のマイクロレンズ３０は、最も外側の１行および最も外側の１列に配置されている。第３のマイクロレンズ３２は、外側から２行目および外側から２列目に配置されている。第２のマイクロレンズ３１は、中央の２行２列に配置されている。
【００８６】
第１のマイクロレンズ３０、第２のマイクロレンズ３１、および第３のマイクロレンズ３２の各々の屈折率は、中央領域から周辺領域に向けて順次小さくなっている。すなわち、第１のマイクロレンズ３０の屈折率をｎ１、第２のマイクロレンズ３１の屈折率をｎ２、第３のマイクロレンズ３２の屈折率をｎ３とすると、ｎ１＜ｎ３＜ｎ２の関係を満たしている。
【００８７】
マイクロレンズを構成する一般的な透明材料の屈折率は、例えば１．５〜１．６程度である。マイクロレンズが例えば屈折率１．５の樹脂で構成され、マイクロレンズの光入射側に空気が存在していたとすると、光は、屈折率１．０の空気と屈折率１．５の樹脂との界面を透過してマイクロレンズに入射する。したがって、マイクロレンズの屈折率が大きい場合、光入射側に存在する物質との屈折率差が大きくなり、マイクロレンズに入射した光は大きい角度で屈折する。逆に、マイクロレンズの屈折率が小さい場合、光入射側に存在する物質との屈折率差が小さくなり、マイクロレンズに入射した光は小さい角度で屈折する。この傾向は、マイクロレンズの光入射側に空気が存在している場合に限らず、マイクロレンズの屈折率よりも小さい屈折率の物質が存在する場合も同様である。
【００８８】
したがって、屈折率が大きいマイクロレンズは、光の拡散の度合いが大きく、マイクロレンズから射出される光の角度分布の拡がりが大きくなる。本実施形態の場合、中心領域の第２のマイクロレンズ３１は、屈折率が相対的に大きいため、スペックルノイズの低減効果が大きい。一方、屈折率が小さいマイクロレンズは、光の拡散の度合いが小さく、マイクロレンズから射出される光の角度分布の拡がりが小さくなる。本実施形態の場合、周辺領域の第１のマイクロレンズ３０は屈折率が相対的に小さいため、光の射出角度が比較的小さい。そのため、後段の光学素子にけられる光が少なくなり、周辺領域に第２のマイクロレンズ３１を設けた場合よりも光利用効率が高い。本実施形態の第１のマイクロレンズ層２９の使用により、画像のスペックルノイズが全体として低減されるとともに、照明光の利用効率が全体として高いプロジェクターを実現できる。
【００８９】
本発明者らは、第１実施形態と同様にシミュレーションを行った。第１実施形態で行ったシミュレーションと異なる点は、マイクロレンズの形状と屈折率である。その結果について以下、説明する。
【００９０】
図１０（Ａ）、図１０（Ｂ）、図１０（Ｃ）は、１個のマイクロレンズからの射出光の強度の角度分布を示す図である。
【００９１】
図１０（Ａ）は、第１のマイクロレンズ３０の角度分布図である。図１０（Ｂ）は、第３のマイクロレンズ３２の角度分布図である。図１０（Ｃ）は、第２のマイクロレンズ３１の角度分布図である。シミュレーションでは、各マイクロレンズの形状を円錐型で同一とし、マイクロレンズの光入射側に屈折率が１．４６の物質が存在するものとした。屈折率が１．４６の物質は、例えばマイクロレンズを他の部材に固定するための光学接着剤を想定している。第１のマイクロレンズ３０の屈折率を１．５とした。第３のマイクロレンズ３２の屈折率を１．５５とした。第２のマイクロレンズ３１の屈折率を１．６２とした。
【００９２】
上記の屈折率、および角度分布の均一性および中心強度を［表３］に示す。角度分布の均一性は、第１のマイクロレンズ３０の角度分布の均一性を１としたときの相対値で示した。
【００９３】
【表３】
2015055739.tif 000005
【００９４】
図１０に示したように、各マイクロレンズの形状は同一であるが屈折率が異なるため、射出光の角度分布の拡がり（光線束の拡がり角）がマイクロレンズによって異なる。図１０および表３からわかるように、第２のマイクロレンズ３１の場合、角度分布の均一性が相対的に高く、中心強度が相対的に低い。第１のマイクロレンズ３０の場合、角度分布の均一性が相対的に低く、中心強度が相対的に高い。このように、屈折率の高い第２のマイクロレンズ３１は、屈折率の低い第１のマイクロレンズ３０よりも角度分布の均一性が高く、スペックルノイズの低減効果が高いことが確認された。一方、屈折率の低い第１のマイクロレンズ３０は、屈折率の高い第２のマイクロレンズ３１よりも射出光の中心強度が高く、光利用効率の向上効果が高いことが確認された。第３のマイクロレンズ３２は、第２のマイクロレンズ３１と第１のマイクロレンズ３０の中間の特性を有することが確認された。
【００９５】
［第４実施形態］
以下、本発明の第４実施形態について、図１１を用いて説明する。
第４実施形態のマイクロレンズ素子の個々のマイクロレンズの形状が第３実施形態と異なる。
図１１において第３実施形態で用いた図面と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
【００９６】
第３実施形態では、第１のマイクロレンズ層を構成するマイクロレンズの形状が円錐状であった。これに対して、第４実施形態では、第１のマイクロレンズ層を構成するマイクロレンズが四角錐状である。
【００９７】
図１１に示すように、第１のマイクロレンズ層３５は、アレイ状に配置された複数のマイクロレンズを有する。複数のマイクロレンズの各々は、液晶ライトバルブ１２の画素の位置に対応して配置されている。複数のマイクロレンズは、液晶ライトバルブ１２の光変調領域における第１の領域に設けられた複数の第１のマイクロレンズ３６と、第２の領域に設けられた複数の第２のマイクロレンズ３７と、第３の領域に設けられた複数の第３のマイクロレンズ３８と、を含む。第１のマイクロレンズ３６、第２のマイクロレンズ３７、および第３のマイクロレンズ３８は、全て四角錐状の形状を有する。
【００９８】
本実施形態の例では、図１１に示すように、第１のマイクロレンズ３６は、最も外側の１行および最も外側の１列に配置されている。第３のマイクロレンズ３８は、外側から２行目および外側から２列目に配置されている。第２のマイクロレンズ３７は、中央の２行２列に配置されている。
【００９９】
第１のマイクロレンズ３６、第２のマイクロレンズ３７、および第３のマイクロレンズ３８の屈折率は、中央領域から周辺領域に向けて順次小さくなっている。すなわち、第１のマイクロレンズ３６の屈折率をｎ１、第２のマイクロレンズ３７の屈折率をｎ２、第３のマイクロレンズ３８の屈折率をｎ３とすると、ｎ１＜ｎ３＜ｎ２の関係を満たしている。
【０１００】
本実施形態においても、第１のマイクロレンズ層３５の使用により、画像のスペックルノイズが全体として低減されるとともに、照明光の利用効率が全体として高いプロジェクターを実現できる、という第１〜第３実施形態と同様の効果が得られる。
【０１０１】
なお、第３実施形態、第４実施形態では、マイクロレンズの形状を円錐状もしくは四角錐状としたが、マイクロレンズの形状はこれらに限るものではない。マイクロレンズの変形例として、例えば図１２に示すように、中心部４２ａは湾曲面を有する凸レンズ状であり、周辺部４２ｂは円錐台状であるマイクロレンズ４２を用いてもよい。
【０１０２】
本発明者らは、本変形例のマイクロレンズについても、第１実施形態と同様にシミュレーションを行った。その結果について以下、説明する。
マイクロレンズ４２の各種パラメーターとして、図１３に示すように、下面から中心部４２ａの頂点までの高さｔを４．１μｍ、周辺部４２ｂの傾斜面の下面に対する傾斜角度θを５２°、下面の直径ｗを１１．４μｍ、マイクロレンズ４２の下面と液晶ライトバルブ１２との距離ｚを１４μｍとした。第４実施形態と同様、マイクロレンズの屈折率を場所によって変えた。第１のマイクロレンズの屈折率を１．５とした。第３のマイクロレンズの屈折率を１．５５とした。第２のマイクロレンズの屈折率を１．６２とした。
【０１０３】
上記の屈折率、および角度分布の均一性および中心強度［表４］に示す。角度分布の均一性は、第２のマイクロレンズの角度分布の均一性を１としたときの相対値で示した。
【０１０４】
【表４】
2015055739.tif 000006
【０１０５】
表４に示したように、屈折率が高い第２のマイクロレンズは、屈折率の低い第１のマイクロレンズよりも角度分布の均一性が高く、スペックルノイズの低減効果が高い。屈折率が低い第１のマイクロレンズは、屈折率が高い第２のマイクロレンズよりも中心強度が高く、光利用効率の向上効果が高い。第３のマイクロレンズは、第２のマイクロレンズと第１のマイクロレンズの中間の特性を有する。よって、マイクロレンズの形状によらず、屈折率の違いに応じて第３実施形態、第４実施形態と同様の傾向を示すことが判った。
【０１０６】
［第５実施形態］
以下、本発明の第５実施形態について、図１４を用いて説明する。
第５実施形態の光変調装置の構成は第１実施形態と同様であるが、マイクロレンズ素子の構成が第１実施形態と異なる。
図１４において第１実施形態で用いた図面と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
【０１０７】
上記実施形態では液晶ライトバルブの詳細な説明を省略したが、液晶ライトバルブは、マトリクス状に配置された複数の画素を区画する遮光層、いわゆるブラックマトリクスを備えている。液晶ライトバルブにおいて光利用効率を高めるためには液晶ライトバルブに入射した光がブラックマトリクスでけられないようにする必要がある。そのため、入射した平行光をブラックマトリクスの開口部に集めるためのマイクロレンズを、液晶ライトバルブの光入射側に設けることが重要である。この観点から、第１〜第４実施形態においては、第１のマイクロレンズ層が液晶ライトバルブの光入射側に設けられていた。
【０１０８】
図１４に示すように、本実施形態の光変調装置４５は、液晶ライトバルブ１２と、第１のマイクロレンズ層４６と、第２のマイクロレンズ層４７と、を備えている。第１のマイクロレンズ層４６と第２のマイクロレンズ層４７とは、マイクロレンズ素子を構成する。液晶ライトバルブ１２は、複数の画素を含む光変調領域を備えている。第１のマイクロレンズ層４６は、液晶ライトバルブ１２の光入射側に設けられている。第２のマイクロレンズ層４７は、液晶ライトバルブ１２の光射出側に設けられている。なお、図１４ないし図１６では便宜上、液晶ライトバルブ１２は３行３列に配置された複数の画素を有するものとして描いている。この場合、中央の１個の画素が配置されている領域が中心領域に相当し、残りの画素が配置されている領域が周辺領域に相当する。
【０１０９】
第１のマイクロレンズ層４６は、液晶ライトバルブ１２の光変調領域の全ての画素に対応して設けられた複数のマイクロレンズ４８を備えている。１つの画素に１つのマイクロレンズ４８が設けられている。本実施形態の第１のマイクロレンズ層４６は、第１〜第４実施形態の第１のマイクロレンズ層と異なり、第１のマイクロレンズ層４６を構成する全てのマイクロレンズ４８の形状および屈折率は同一である。マイクロレンズ４８の形状は特に限定されるものではなく、例えば球面を有する一般的な形状の凸レンズを用いてもよいし、第１〜第４実施形態で用いたような形状の平凸レンズを用いてもよい。
【０１１０】
第２のマイクロレンズ層４７は、ＴＦＴアレイ基板１４の上に設けられている。第２のマイクロレンズ層４７は、周辺領域に対応する領域４７ａと、中心領域に対応する領域４７ｂとを備えている。領域４７ａには複数の第１の凸レンズ４９が設けられている。また、領域４７ｂには空気層が設けられており、領域４７ｂの屈折力を０とみなすことができる。したがって、領域４７ａの屈折力は領域４７ｂの屈折力よりも大きい。複数の第１の凸レンズ４９は、液晶ライトバルブ１２の光変調領域の周辺領域の複数の画素に対応して設けられている。周辺領域の１つの画素に１つの第１の凸レンズ４９が設けられている。また、領域４７ｂは、液晶ライトバルブ１２の光変調領域の中心領域に配置されている。即ち、周辺領域における第２のマイクロレンズ層４７の屈折力は、中心領域における第２のマイクロレンズ層４７の屈折力よりも大きい。第１の凸レンズ４９の形状は特に限定されるものではなく、例えば球面を有する一般的な形状の凸レンズを用いることができる。また本実施形態では、領域４７ｂに空気層を設けているが、空気層の代わりに屈折力を持たない光透過性の部材を領域４７ｂに設けてもよい。また、第１の凸レンズ４９を最外周からどの領域まで設けるかについては、特に限定されることなく、適宜決定することができる。つまり、周辺領域と中心領域との間の境界は適宜決定することができる。
【０１１１】
本実施形態の光変調装置４５の場合、光入射側の第１のマイクロレンズ層４６の各マイクロレンズ４８に入射した光Ｌ０は、ブラックマトリクス（図示略）の開口部を透過できる程度に集束され、液晶ライトバルブ１２から所定の角度分布を持って射出される。液晶ライトバルブ１２の周辺領域から射出された光は、第２のマイクロレンズ層４７の第１の凸レンズ４９を透過することによって角度分布がより狭い光、すなわち、平行光により近い光Ｌ１に変換され、マイクロレンズ素子（第２のマイクロレンズ層４７）から射出される。一方、液晶ライトバルブ１２の中心領域から所定の角度分布を持って射出された光Ｌ２は、領域４７ｂを透過して、比較的広い角度分布を維持したままの状態でマイクロレンズ素子から射出される。
【０１１２】
本実施形態の光変調装置４５においては、光変調領域の中心領域から射出される光Ｌ２は、光変調領域の周辺領域から射出される光Ｌ１よりも広い角度分布と高い角度分布の均一性とを持つ。そのため、中心領域では周辺領域よりも高いスペックルノイズの低減効果が得られる。一方、光変調領域の周辺領域から射出される光Ｌ１は、光変調領域の中心領域から射出される光Ｌ２よりも狭い角度分布を持つ。そのため、周辺領域では後段の投写光学系にけられる光が少なく、比較的高い光利用効率が得られる。光変調装置４５を使用することにより、画像のスペックルノイズが全体として低減されるとともに、照明光の利用効率が全体として高いプロジェクターを実現できる。
【０１１３】
本実施形態の光変調装置４５は、液晶ライトバルブ１２の光射出側の中心領域に第１の凸レンズ４９を備えていない。これに対して、図１５に示すように、変形例の光変調装置５２では、第２のマイクロレンズ層５３が、屈折力が比較的大きい領域５３ａに設けられた第１の凸レンズ４９に加えて、屈折力が比較的小さい領域５３ｂに第２の凸レンズ５４を備えていてもよい。ただし、第２の凸レンズ５４の屈折力は第１の凸レンズ４９の屈折力よりも小さい。この場合、液晶ライトバルブ１２の中心領域から射出された光Ｌ３は、周辺領域から射出された光Ｌ１と同様、第２のマイクロレンズ層５３の第２の凸レンズ５４を透過することによって角度分布がより狭い光、すなわち、平行光により近い光に変換され、射出される。
【０１１４】
ただし、中心領域と周辺領域とで射出光の角度分布を比較すると、第２の凸レンズ５４は第１の凸レンズ４９よりも屈折力が小さいため、中心領域での射出光Ｌ３の角度分布は、周辺領域での射出光Ｌ１の角度分布よりも広い。その結果、中心領域では周辺領域よりも高いスペックルノイズの低減効果が得られる。一方、光変調領域の周辺領域から射出される光Ｌ１は、光変調領域の中心領域から射出される光Ｌ３よりも狭い角度分布を持つ。そのため、周辺領域では後段の投写光学系にけられる光が中心領域よりも少なく、比較的高い光利用効率が得られる。
【０１１５】
［第６実施形態］
以下、本発明の第６実施形態について、図１６を用いて説明する。
第６実施形態の光変調装置の基本構成は第５実施形態と同様であり、光射出側の第２のマイクロレンズ層の構成が第５実施形態と異なる。
図１６において第５実施形態で用いた図１４と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
【０１１６】
図１６に示すように、本実施形態の光変調装置５７は、液晶ライトバルブ１２と、第１のマイクロレンズ層４６と、第２のマイクロレンズ層５８と、を備えている。第１のマイクロレンズ層４６と第２のマイクロレンズ層５８とは、マイクロレンズ素子を構成する。液晶ライトバルブ１２は、複数の画素を含む光変調領域を備えている。第１のマイクロレンズ層４６は、液晶ライトバルブ１２の光入射側に設けられている。第２のマイクロレンズ層５８は、液晶ライトバルブ１２の光射出側に設けられている。第１のマイクロレンズ層４６の構成は、第５実施形態と同様である。
【０１１７】
第２のマイクロレンズ層５８は、周辺領域に対応する領域５８ａと、中心領域に対応する領域５８ｂとを備えている。領域５８ａには空気層が設けられており、領域５８ａの屈折力を０とみなすことができる。また、領域５８ｂには、負の屈折力を持つ凹レンズ５９が設けられている。従って、領域５８ａの屈折力は領域５８ｂの屈折力よりも大きいと言うことができる。複数の凹レンズ５９は、液晶ライトバルブ１２の光変調領域の中心領域の画素に対応して設けられている。中心領域の１つの画素に１つの凹レンズ５９が設けられている。また、領域５８ａは、液晶ライトバルブ１２の光変調領域の周辺領域に配置されている。即ち、周辺領域における第２のマイクロレンズ層５８の屈折力は、中心領域における第２のマイクロレンズ層５８の屈折力よりも大きい。凹レンズの形状は特に限定されるものではなく、例えば球面を有する一般的な形状の凹レンズを用いることができる。また本実施形態では、領域５８ａに空気層を設けているが、空気層の代わりに屈折力を持たない光透過性の部材を領域５８ａに設けてもよい。また、凹レンズの形成範囲については、特に限定されることなく、適宜決定することができる。つまり、周辺領域と中心領域との間の境界は適宜決定することができる。
【０１１８】
本実施形態の光変調装置５７の場合、光入射側の第１のマイクロレンズ層４６のマイクロレンズ４８に入射した光は、ブラックマトリクス（図示略）の開口部を透過できる程度に集束され、液晶ライトバルブ１２から所定の角度分布を持って射出される。液晶ライトバルブ１２の周辺領域から射出された光は、領域５８ａを透過して、マイクロレンズ４８で決まる角度分布を維持したままの状態でマイクロレンズ素子から射出される。一方、液晶ライトバルブ１２の中心領域から射出された光は、第２のマイクロレンズ層５８の凹レンズ５９を透過することによって角度分布がより拡がった光Ｌ４に変換され、マイクロレンズ素子から射出される。
【０１１９】
本実施形態の光変調装置５７においては、光変調領域の中心領域から射出される光Ｌ４は、光変調領域の周辺領域から射出される光Ｌ２よりも広い角度分布と高い角度分布の均一性とを持つ。そのため、中心領域では周辺領域よりも高いスペックルノイズの低減効果が得られる。一方、光変調領域の周辺領域から射出される光Ｌ２は、光変調領域の中心領域から射出される光Ｌ４よりも狭い角度分布を持つ。そのため、周辺領域では後段の投写光学系にけられる光が少なく、比較的高い光利用効率が得られる。光変調装置５７を使用することにより、画像のスペックルノイズが全体として低減されるとともに、照明光の利用効率が全体として高いプロジェクターを実現できる。
【０１２０】
なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば上記第１〜第４実施形態では、矩形状の光変調領域に対して、第１の領域、第２の領域、および第３の領域各々の輪郭は矩形であったが、この配置に限られない。図１７に示したように、矩形状の光変調領域Ｍに対して、第１の領域の輪郭Ｒ１、第２の領域の輪郭Ｒ２、および第３の領域の輪郭Ｒ３を例えば円形としてもよい。
【０１２１】
また、図１８に示したように、矩形状の光変調領域Ｍを長手方向に分割し、第２の領域Ｈ２を挟むように２つの第１の領域Ｈ１を配置してもよい。また、このように、必ずしも第３の領域を設定する必要は無い。つまり、第３のマイクロレンズは必須ではない。
【０１２２】
上記実施形態では、光変調領域の周辺領域と中心領域とでマイクロレンズの形状、屈折率のいずれか一方を異ならせた構成のマイクロレンズ素子を例示したが、この構成に代えて、光変調領域の周辺領域と中心領域とでマイクロレンズの形状、屈折率の双方を異ならせた構成のマイクロレンズ素子を採用してもよい。例えば光変調領域の周辺領域のマイクロレンズの上面の面積を大きく、かつ屈折率を小さくし、中心領域のマイクロレンズの上面の面積を小さく、かつ屈折率を大きくしてもよい。
【０１２３】
第１、第２実施形態では、第１のマイクロレンズと第２のマイクロレンズにおいて、下面に対する傾斜面の傾斜角度は同一であったが、これに限らない。第１のマイクロレンズの傾斜角度を第２のマイクロレンズの傾斜角度より小さくしてもよい。
【０１２４】
図１５で示した第５実施形態の変形例では、第１の凸レンズ４９と第２の凸レンズ５４を備えていたが、これに限らない。第２の凸レンズ５４に代えて、図１６に示した凹レンズ５９を設けてもよい。
【０１２５】
その他、第１のマイクロレンズ層、第２のマイクロレンズ層、光変調装置、およびプロジェクターの各種構成要素の形状、数、配置、材料等については、上記実施形態で例示したものに限らず、適宜変更が可能である。
【符号の説明】
【０１２６】
１…プロジェクター、２Ｒ，２Ｇ，２Ｂ…光源装置、３Ｒ，３Ｇ，３Ｂ，４５，５２，５７…光変調装置、５…投写光学系、１１，２３，２９，３５…第１のマイクロレンズ層、１２…液晶ライトバルブ（光変調素子）、１８，２４，３０，３６…第１のマイクロレンズ、１９，２５，３１，３７…第２のマイクロレンズ、４２…マイクロレンズ、４７，５３，５８…第２のマイクロレンズ層、４９…第１の凸レンズ、５４，５９…第２の凸レンズ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図５】
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【図１０】
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