(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光の偏光を制御するライトバルブを有し、該ライトバルブの近傍に画素単位に集光素子を配置した空間光変調装置において、
前記ライトバルブは反射型ライトバルブで構成され、
前記集光素子によって照明光を集光させた後に、前記反射型ライトバルブへの入射角を緩める偏向手段を設け、該偏向手段は、前記反射型ライトバルブの反射電極上に設けた負のパワーを有する反射面であることを特徴とする空間光変調装置。
【請求項２】
請求項１記載の空間光変調装置において、
前記反射型ライトバルブに設けた反射面は、反射光が入射した方向に反射されるように設定されていることを特徴とする空間光変調装置。
【請求項３】
請求項１または２記載の空間光変調装置において、
前記反射型ライトバルブに設けた反射面は凸面鏡であることを特徴とする空間光変調装置。
【請求項４】
請求項３記載の空間光変調装置において、
前記凸面鏡は前記反射型ライトバルブの反射電極上に形成されていることを特徴とする空間光変調装置。
【請求項５】
照明光源と、照明光学系と、請求項１〜４のいずれか一つに記載の空間光変調装置と、変調信号に応じて前記空間光変調装置が形成する画像を投影、表示する投射光学系とで構成されたことを特徴とする画像表示装置。
【請求項６】
照明光源と、照明光学系と、請求項１〜４のいずれか一つに記載の空間光変調装置と、変調信号に応じて前記空間光変調装置が形成する画像を投影、表示する投射光学系と、画素シフト素子とで構成され、前記画素シフト素子は、前記空間光変調装置と前記投射光学系の間に配置され、前記画素シフト素子により、時間分割して、画素をシフトさせ見かけ上の画素数を増加させたことを特徴とする画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空間光変調装置及びそれを用いた画像表示装置に関し、特にマイクロレンズアレイ等の集光素子付きの反射型の空間光変調装置及びそれを用いた画像表示装置に関する。さらには画素ずらし機能を有する画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、空間光変調装置に用いられる透過型のライトバルブは、一画素に対するスイッチング素子（薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）等）や補助容量などが占める面積が相対的に大きく、これにより光が遮光される領域の拡大、すなわち開口率が低下し光利用効率を低下させるという問題があった（例えば図１１に示す非特許文献１の５６頁に記載の図参照）。
また、実際の透過型ライトバルブは、直接薄膜トランジスタ基板上のこれらの構造体に照明光を当てないようにブラックマトリックス（遮光層）を配置して、散乱光などの不要な光をカットしている。
従って画素の高精細化による画質の向上を図ろうとすると、光利用効率は低下するというトレードオフがある。そこで近年では、ライトバルブにマイクロ光学素子を搭載し、効率よく開口を照明することによって、光利利用効率を向上させている。
【０００３】
一方、反射型ライトバルブでは、スイッチング素子や補助容量などを、画素（反射）電極の下（或は半導体基板上）に形成することができるため、画素を小さくしても光の損失が少なく、効率良く光を反射することができ、透過型タイプと比較すると開口効率の点で有利である。
しかしながら、透過型と比べて開口効率が高い反射型ライトバルブでも、光源として用いるランプからの照明光には平行光成分以外の角度を持った光も含まれているため、画素電極で反射された光は発散していくため、この発散の角度が大きいと投射レンズで取り込められずに光損失となる。
そこで、より開口効率を向上させて光の利用効率を向上させるために、特許文献１〜３に記載のような従来例がある。これらは、いずれも、開口効率向上のために画素ピッチに対応したマイクロレンズを反射型液晶パネルの前面に配置した構成である。
【０００４】
さらに、マイクロレンズアレイを用いて空間光変調装置（反射型ライトバルブ）の画素を見かけ上小さくし、画素ずらし機能によって、複数のサブフレーム画像をスクリーン上で所定位置ずらして表示する画像表示装置（特許文献４参照）がある。この反射型ライトバルブを用いる画像表示装置の場合、マイクロレンズアレイに往路（照明光）と復路（投射光）とで光が通過する。
また、空間光変調装置の開口効率を落とさず、かつ、高解像化のためには、特許文献５に記載の投射型表示装置のように、ライトバルブとマイクロレンズアレイを組み合わせて、縮小画素を形成することによって画素ずらし機能とともに利用する形態が提案されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−２１５５３１号公報
【特許文献２】特開平１１−８４３３７号公報
【特許文献３】特開平１１−２５８５８５号公報
【特許文献４】特開２００３−２４８１８９号公報
【特許文献５】特開平１１−２５８５８５号公報
【非特許文献１】ウシオ技術情報誌「ライトエッジ」第１９号、５６頁
【非特許文献２】鶴田著「光の鉛筆」、１９２頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
空間光変調装置を構成する液晶素子は、画像変調信号に応じ、入射光の偏光方向を９０度回転させるか否かによって、出射側に配置された検光子により光の透過光を制御し、画像表示を行っている。この液晶素子と組み合わせて開口効率を向上させるマイクロレンズなどの集光素子を用いる場合、実は、集光素子が偏光方向をわずかに回転させ、コントラストを低下させるという問題点が判明した。
ここで図１２は、非特許文献２に記載されている、レンズによる偏光の変化を調べた様子を示す図である。図１２では、紙面の裏側に点光源があって、光線が手前に進んでくる場合を想定している。ＯＡを検光子の振動方向とし、点Ｍに入射する光を考えると、光軸とＭの作る面が入射面になる。図の半径方向がＰ成分、それに直交する方向がＳ成分の光を表す。このように、非特許文献２では、集光素子の中心から斜め方向の位置では、偏光方向が回転することを説明している。
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、集光素子を用いて開口効率を向上させるとともに、照明光の偏光が集光素子によって回転し、コントラストが低下するという問題を防ぐことができる構成の空間光変調装置を提供することを目的とする。そして、本発明は、そのコントラスト低下を防ぐことができる空間光変調装置を用いて、明るく、コントラストの高い画像表示装置を実現することを目的とする。
さらに本発明は、画素縮小を実現しつつ、高コントラストな空間光変調装置を実現することを目的とし、その空間光変調装置を用いて高精細で、明るく、コントラストの高い画像表示装置を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記目的を達成するため、本発明では以下のような手段を採っている。
【０００９】
本発明の第１の手段は、入射光の偏光を制御するライトバルブを有し、該ライトバルブの近傍に画素単位に集光素子を配置した空間光変調装置において、前記ライトバルブは反射型ライトバルブで構成され、前記集光素子によって照明光を集光させた後に、前記反射型ライトバルブへの入射角を緩める偏向手段を設け、該偏向手段は、前記反射型ライトバルブの反射電極上に設けた負のパワーを有する反射面であることを特徴とする（請求項１）。
また、第２の手段は、第１の手段の空間光変調装置において、前記反射型ライトバルブに設けた反射面は、反射光が入射した方向に反射されるように設定されていることを特徴とする（請求項２）。
【００１０】
第３の手段は、第１または第２の手段の空間光変調装置において、前記反射型ライトバルブに設けた反射面は凸面鏡であることを特徴とする（請求項３）。
また、第４の手段は、第３の手段の空間光変調装置において、前記凸面鏡は前記反射型ライトバルブの反射電極上に形成されていることを特徴とする（請求項４）。
【００１１】
第５の手段は、画像表示装置であり、照明光源と、照明光学系と、第１〜第４のいずれか一つの手段の空間光変調装置と、変調信号に応じて前記空間光変調装置が形成する画像を投影、表示する投射光学系とで構成されことを特徴とする（請求項５）。
【００１３】
第６の手段は、画像表示装置であり、照明光源と、照明光学系と、第１〜第４のいずれか一つの手段の空間光変調装置と、変調信号に応じて前記空間光変調装置が形成する画像を投影、表示する投射光学系と、画素シフト素子とで構成され、前記画素シフト素子は、前記空間光変調装置と前記投射光学系の間に配置され、前記画素シフト素子により、時間分割して、画素をシフトさせ見かけ上の画素数を増加させたことを特徴とする（請求項６）。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の第１〜第４の手段による空間光変調装置では、ライトバルブは反射型ライトバルブで構成され、集光素子によって照明光を集光させた後に、前記反射型ライトバルブへの入射角を緩める偏向手段を設け、該偏向手段は、前記反射型ライトバルブの反射電極上に設けた負のパワーを有する反射面であることにより、集光素子を用いて開口効率を向上させるとともに、照明光の偏光が集光素子によって回転し、コントラストが低下するという問題を防ぐことができ、黒表示のときの洩れ光が少なくなりコントラストの向上を図ることができる。従って、画素縮小を実現しつつ高コントラストな、反射型の空間光変調装置を実現することができる。
【００１５】
第５の手段の画像表示装置では、第１〜第４のいずれか一つの手段の空間光変調装置を用いることにより、より高い開口効率を保ったまま、コントラストの低下を防ぎ、より高品質な表示が可能となる。従って、明るく、コントラストの高い画像表示装置を実現することができる。
【００１７】
第６の手段の画像表示装置では、集光素子を用いるために生じる偏光の回転で、コントラストの低下が生じるところ、第１〜第４のいずれか一つの手段の空間光変調装置を用いることにより、コントラストのより高い表示が可能となる。従って、高精細で、明るく、コントラストの高い画像表示装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の構成、動作及び作用を図面を参照して詳細に説明する。
前述の発明が解決しようとする課題の欄で、集光素子を通過することによる偏光の回転現象が生じる問題点を記したが、具体的にこの現象を図１３に示すモデルを用いてシミュレーションを試みた。
図１３において、検光子として、第一の直線偏光子１０１と第二の直線偏光子１０４を互いにクロスの状態に配置する。この２つの直線偏光子１０１，１０４の間に、集光素子１０２と偏光方向回転素子１０３を配置する。偏光方向回転素子１０３はモデル化のために、λ／２の波長板とした。図示しない光源は、無限遠から第一の直線偏光子１０１に平行光で入射させた。第一の直線偏光子１０１は縦方向偏光（Ｙ軸とする）を１００％通過させ、奥行き方向（Ｘ方向とする）の偏光は０％の透過率とすると、Ｙ方向の偏光が第一の直線偏光子１０１から出射すると、集光素子１０２を通過する光束は集束し、偏光方向回転素子（λ／２の波長板）１０３（４５度方向に軸を設定）を通過して９０度偏光を変えられるので、偏光方向が９０度回転した光束は、第二の直線偏光子１０４を通過して白表示となり、光検出素子１０５で検出される。このときの総光量を１とする。黒表示のときは、偏光方向回転素子（λ／２の波長板）１０３の軸を０度に設定して、偏光を回転させない状態とする。第二の直線偏光子１０４は、第一の直線偏光子１０１に対してクロス配置されているので、光は遮断され、黒表示となるが、非特許文献２の１９２頁に記載されているように、斜め方向の光束は、偏光が回転してしまうので、その回転角度に応じて第二の直線偏光子１０４で遮断されずに洩れてしまうことが判明した。
【００１９】
光線追跡によるシミュレーションの結果を以下の表１に示す。
用いたレンズの組み合わせと、そのときのコントラストの計算結果を以下に掲げると次のようになる。
ここではモデル化のため、集光素子（マイクロレンズ）１０２のレンズ径は直径０．５ｍｍ、厚みは０．５ｍｍ、屈折率は１．４２とした。
【００２０】
【表１】
0004653417.tif 000002
【００２１】
また、図１４は、Ｒ＝０．５、Ｒ＝−０．５の時の光検出素子１０５上の光強度分布を示す図である。濃度の濃さが光の強度と比例関係にある。
【００２２】
以上の結果をみると、光を透過させない状態に、偏光方向に垂直あるいは水平な位置で集光素子１０２を通過する偏光は回転せず、洩れ光はほとんどないが、４５度、１３５度、２２５度、３１５度の斜め方向の位置で、集光素子１０２のパワー、つまり屈折力が強いと偏光方向の回転量が大きくなり、洩れ光が目立ってくることが判明した（図１４の白い分布）。
なお、トータルの洩れ光の総量を黒のレベルとした。また、本来白表示する場合を１とした相対値とした。ここでは評価値を白／黒＝１／黒としたコントラスト比で比較すると、集光素子（マイクロレンズ）１０２の焦点距離ｆが長いほどその量は少ない（表１）。
すなわち、焦点距離ｆが長く、集光素子（マイクロレンズ）１０２の集光パワーが低いほどコントラストが向上することがわかった。
【００２３】
そこで、集光素子（マイクロレンズ）１０２の裏面側を負のパワーにしてシミュレーションを行った。効果の確認のため、集光素子（マイクロレンズ）１０２の前側曲率：Ｒ１と後側の曲率：Ｒ２を同じにした、２通りの結果を示す。
光の進み具合は、光束幅が縮まって第二の直線偏光子１０４に入射する。結果は、コントラスト比が８３であったものが、２６０４２と格段に向上していることがわかる。Ｒ１＝１，Ｒ２＝１の構成でもその効果が確かめられた。
【００２４】
【表２】
0004653417.tif 000003
【００２５】
以上のように、マイクロレンズ等の集光素子によって、ライトバルブへ集光させて入射させる際に、光線のライトバルブへの入射角を緩める手段を配置させることにより、コントラストを格段に向上させる効果がある。
【実施例】
【００２６】
以下、本発明の空間光変調装置とそれを用いた画像表示装置の具体的な実施例を、図面を参照して詳細に説明する。
尚、以下の実施例のうち、実施例１〜１０は参考実施例であり、実施例１１〜１５が本発明に係る実施例である。
【００２７】
［実施例１］
図１は本発明の一実施例を示す空間光変調装置の概略要部断面図である。この空間光変調装置は、正のパワーを有した集光素子１と、図示しない光源からの照明光がその集光素子１を通過することによって集光素子中央から離れた周辺部では屈折力が高い部分の光の進行角度を緩める偏向手段２と、透過型のライトバルブ３で構成されている。また、ライトバルブ３は、ブラックマトリックス等の遮光層４と液晶層５と薄膜トランジスタ基板６と検光子７から構成されている。
【００２８】
集光素子１、偏向手段２はライトバルブ３の画素単位にアレイ状に配列されている。集光素子１により集光される照明光束は、集光素子１の中心から離れた像高位置（例えば光線ａ）では屈折力が大きく、そのまま進行すると液晶層５への入射角度がレンズ中央近傍の光線ｂや光線ｃより大きくなる。そこで本実施例では、図示したような集光素子１の像高の高い位置からの角度がついた光線を、照明光の入射角度へと戻す偏向手段２を設けた。偏向手段２の形状としては、周辺部では円錐形状を採用すれば、集光素子１の中心部の集光性能を維持しつつ、周辺部の偏光回転を緩和できる。この偏向手段２は屈折作用を利用するならいずれの手段でもよく、ブレーズ化された平面状の集光素子であってもよい。
【００２９】
従来のマイクロレンズ付きライトバルブでは、液晶層５さらには検光子７に照明光が斜めに入射し、偏光軸に対して斜め光線の洩れ光が発生するが、本構成を採用することにより、集光素子１によって拡大された入射角度を、偏向手段２で緩和することができる。従って、黒表示の時の洩れ光が少なくなり、コントラストの向上を図ることができる。
【００３０】
［実施例２］
次に第二の実施例は、実施例１における偏向手段２を、負のパワーを有する第二の集光素子としたものである。図２に第一の集光素子１、第二の集光素子２の配置関係を示す。図示していないが、第二の集光素子２を通過後のライトバルブの構成は実施例１と同様である。このような構成を採用することで、第一の集光素子１の周辺部を通過した光線角度を第二の集光素子２によって緩和することができる。
従来のマイクロレンズ付きのライトバルブでは、マイクロレンズによって偏光の回転が生じ、液晶層５さらには検光子７に照明光が斜めに入射し、偏光軸に対して斜め光線の洩れ光が発生し、コントラストが低下するという問題があったが、本構成を採用することにより、第一の集光素子１によって拡大された入射角度を、第二の集光素子２で緩和することができる。従って、黒表示の時の洩れ光が少なくなり、コントラストの向上を図ることができる。
【００３１】
［実施例３］
本実施例は、実施例２の構成で、図２に示したように第一の集光素子１と第二の集光素子２の間には焦点を持たせない構成を採用したものである。これにより、第一の集光素子１と第二の集光素子２の位置関係をより近距離に設定することができる。また、照明光は、これまで平行光として扱ったが、実際、ある角度の範囲で照明される。本実施例の構成を採用することによって、隣接する集光素子とのクロストークがなくなり、よりコントラストの確保が可能となった。
【００３２】
［実施例４〜８］
実施例４〜８は、実施例２または３の空間光変調装置において、第一の集光素子１、第二の集光素子２を構成する曲面を接着層を介して一体的に構成したものである。
図３はその一実施例を示す空間光変調装置の概略要部断面図であり、第一の集光素子１を構成する透明基板の曲面Ｒ１ａと第二の集光素子２を構成する透明基板の曲面Ｒ２ａを、接着層８を介して一体的に構成したものである（実施例４）。この空間光変調装置では、凸面と凹面の集光素子１，２を対峙させて配置し、最初の曲面Ｒ１aで集光し、次に曲面Ｒ２aに発散機能を持たせた。従って、第一の集光素子１を構成する透明基板（屈折率ｎ１）と第二の集光素子２を構成する透明基板（屈折率ｎ３）の硝材に、同一の硝材を選択した場合は、図３に示すような形状の曲面Ｒ１aで集光させるためには、接着層８の屈折率ｎ２に、硝材の屈折率（ｎ１（＝ｎ３））より高い屈折率（ｎ１＜ｎ２，ｎ２＞ｎ３）を有する接着剤を選定すればよい。また、第一、第二の集光素子１，２のそれぞれの曲率Ｒ１a，Ｒ２aは同一方向に凸面が向いた構成となる。
【００３３】
図４は別の実施例を示す空間光変調装置の概略要部断面図である。これは図３とは逆に、接着層８の屈折率ｎ５が第一、第二の集光素子１，２の透明基板の屈折率ｎ４，ｎ６より小さい場合（ｎ４＞ｎ５，ｎ５＜ｎ６）の実施例を示している（実施例５）。
また、図示しないが、第一の集光素子１の透明基板の屈折率ｎ４と接着層８の屈折率ｎ５と第二の集光素子２の透明基板の屈折率ｎ６の関係が、
ｎ４＜ｎ５＜ｎ６
の関係であると、第一、第二の集光素子１，２の曲面Ｒ１a、Ｒ２aは両凸の形状となる（実施例６）。
さらに、上記屈折率の関係が、
ｎ４＞ｎ５＞ｎ６
の関係であると、第一、第二の集光素子１，２の曲面Ｒ１a、Ｒ２aは両凹の形状となる（実施例７）。
【００３４】
さらに、第一、第二の集光素子１，２の曲面Ｒ１ａとＲ２ａは、同一の曲面を有した構造でもよい（実施例８）。
先に掲げたシミュレーションでの検討においては、Ｒ１a＝Ｒ２aの条件で行った結果を示したが、その効果は明らかである。
また、図２の例では、第一、第二の集光素子１，２の間の空間を、集光素子の屈折率とは異なる屈折率をもつ光透過性の樹脂（接着剤）などで構成するものであり、対峙させた曲面間の空間の屈折率が、集光素子を構成する硝材の屈折率より小さいか大きいかで、曲面の向きが変わるものである。
以上のように、第一の集光素子１と第二の集光素子２を構成する曲面を接着層８を介して一体的に構成したことにより、ライトバルブの一画素毎の光軸合わせ精度を高めることできる。
【００３５】
［実施例９］
次に第９の実施例は、図１、図３、図４に示したように、空間光変調装置を構成するライトバルブを、透過型のライトバルブ３としたものである。
この透過型のライトバルブ３の基本構成は、薄膜トランジスタ回路を設けた透明基板（薄膜トランジスタ基板）６と、回路部分を遮光する遮光層４を設けた透明基板で液晶層５を挟んだ構成とし、その出射側には選択的に偏光を透過させる検光子７を配置したものである。この構成は一実施例であるので、この構成に限定されるものではなく、透過型のライトバルブであればどのような構成であってもかまわない。すなわち、透過型ライトバルブの入射側に第一の集光素子１と、偏向手段である第二の集光素子２を配置した構成であれば、本発明の内容であるライトバルブへの入射角を緩和させつつ、開口効率を向上させることができる。従って、これまで以上に高コントラストの透過型ライトバルブを用いた空間光変調装置を実現することができる。
【００３６】
［実施例１０］
次に第１０の実施例は、空間光変調装置を構成するライトバルブを、反射型のライトバルブとしたものである。図５に本実施例の空間光変調装置の概略要部断面図を示す。この空間光変調装置は、第一の集光素子１と第二の集光素子２と反射型ライトバルブ９を一体に構成したものであり、反射型液晶ライトバルブ９は例えば透光性基板１０と共通電極１１と液晶層１２及び反射電極１３を形成したバックプレーン１４で構成されている。
この空間光変調装置では、図１と同様に、図示しない光源からの照明光が第一の集光素子１により一旦集光されるが、このとき反射型液晶ライトバルブ９へと入射する入射光線の角度が大きくならないように、集光素子中央から離れた周辺部では屈折力が高い部分の光の進行角度を緩める偏向手段（実施例１と同様の偏向手段）、すなわち負のパワーを有した構成の第二の集光素子（実施例２の第二の集光素子）２により、反射型液晶ライトバルブ９への入射角度を小さくしつつ、反射電極間の有効反射領域部分に照明できる構成を採用している。従って、実施例１，２と同様に、コントラストの低下を招くことなく、開口効率の向上、光利用効率の向上を図ることができる。
【００３７】
［実施例１１］
次に図６に反射型ライトバルブを用いた空間光変調装置の別の実施例を示す。この空間光変調装置は、第一の集光素子１と反射型ライトバルブ１５を一体に構成するとともに、反射型液晶ライトバルブ１５の反射電極１９に凸の曲面（凸面鏡１８）を形成して負のパワー（第二の集光素子２と同様の機能）を持たせた構成としたものである。この場合、反射型液晶ライトバルブ１５は、例えば透光性基板１６と液晶層１７及び、凸面鏡１８を有する反射電極１９を形成したバックプレーン２０で構成されている。
この空間光変調装置では、ほぼ平行光で入射した光線は、集光素子１で集光され反射型ライトバルブ１５へ入射する。反射型ライトバルブ１５の反射面は凸面鏡１８であり、反射面の曲率としては、反射光が入射した方向に反射するように設定されており、往路で集光素子１を通過した近傍を通過するようになっている。
この光路の往復で偏光の回転がキャンセルでき、洩れ光の発生を抑え、コントラストの低下を防ぐとともに、開口効率の向上を図ることができる。
このような構成では、反射型ライトバルブ１５の反射面を対象とした等価な光学系として、集光素子１を通過した後に、凸面鏡１８が発散機能（負のパワー）を有する。従って、実施例１０の第二の集光素子２を用いた場合と同様の効果を得ることができる。
【００３８】
［実施例１２］
図７は本発明に係る画像表示装置の一実施例を示す概略構成図である。この画像表示装置は、光源２１と照明光学系２２と、色分離ミラー（または色分離フィルター）２３−１，２３−２やミラー２４−１，２４−２，２４−３等で構成される色分離光学系と、透過型ライトバルブを用いた空間光変調装置（例えば実施例１〜９のいずれかの構成の空間光変調装置）２５−１，２５−２，２５−３と、色合成プリズム２６等で構成される色合成光学系と、投射レンズ２７等で構成される投射光学系とで構成されている。図示はしないが、照明光学系２２には、フライアレイレンズと偏光分離プリズムアレイとを組み合わせた、いわゆる偏光変換器を用いて照明光率を向上させた光学系などが採用される。光源２１には、キセノンランプ、超高圧水銀ランプなどが用いられる。また、直線偏光をもつレーザ光源などであれば、必ずしも偏光変換器は必要ない。
【００３９】
光源２１からの光は、色分離光学系でＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の３色に分けられ、それぞれの色に対応した空間光変調装置２５−１，２５−２，２５−３に入射して、画像信号に応じた変調画像を表示し、色合成光学系の色合成プリズム２６にて合成され、投射光学系の投射レンズ２７によって、図示しないスクリーン上に表示される。
本実施例の画像表示装置では、実施例１〜９のいずれかの構成の空間光変調装置を用いることにより、より高い開口効率を保ったまま、コントラストの低下を防ぎ、より高品質な表示が可能となる。従って、明るく、コントラストの高い画像表示装置を実現することができる。
【００４０】
［実施例１３］
本発明の別の実施例として、図８に実施例１０または１１の反射型の空間光変調装置を用いた画像表示装置の構成例を示す。この画像表示装置は、キセノンランプ、超高圧水銀ランプなどの光源３１と、ロットインテグレータ等で照明分布を均一化した照明光学系３２と、偏光分離プリズム３３、実施例１０または１１の反射型空間光変調装置（例えば図５または図６に示す構成の反射型空間光変調装置）３４と、投射レンズ３５で構成されている。光源３１からの光は照明光学系３２で均一化され、偏光分離プリズム３３を介して効率よく空間光変調装置３４へと導かれる。空間光変調装置３４で表示された画像は、偏光分離プリズム３３を透過し、投射レンズ３５によって、所望の位置に画像を表示する。
また、カラー表示させる場合は、照明光路に配置したＲ、Ｇ、Ｂのカラーフィルターを高速回転して、時間順次にカラー照明を行なって、その照明のタイミング毎に反射型空間光変調装置への画像情報を切り替える、いわゆるフィールドシーケンシャル方式を行なえばよい。
【００４１】
以上の画像表示装置は一実施例であり、反射型の空間光変調装置をＲ、Ｇ、Ｂの各色に対応した３板用いてもよい。また、偏光分離プリズム３３の後に、クロスタイプの色分離プリズムを配置し、３つの空間光変調装置を配置した構成であってもよい。
本実施例の画像表示装置では、実施例１０の反射型空間光変調装置を用いることにより、より高い開口効率を保ったまま、コントラストの低下を防ぎ、より高品質な表示が可能となる。従って、明るく、コントラストの高い画像表示装置を実現することができる。
【００４２】
［実施例１４］
次に図９に反射型空間光変調装置の別の実施例を示す。この空間光変調装置は、画像変調信号に応じて偏光方向を変化制御する反射型のライトバルブ４０を備え、該反射型ライトバルブ４０の近傍に、画素単位に集光素子１を配置したものであり、上記反射型ライトバルブ４０は、透光性基板４１と、反射電極４４が形成されたバックプレーン４５とで液晶層４２を挟持した構成であり、上記反射電極４４の反射面４３を凹面形状としたものである。このように反射型ライトバルブ４０の反射面４３を凹面形状とすることによって反射集光機能を持たせてあり、その分、ライトバルブ前面に配置した集光素子１の集光パワーは緩くてもよくなる。
屈折による偏光回転量はこれまでマイクロレンズのみで画素縮小の機能を分担してきたが、反射型ライトバルブ４０の反射面４３にも僅かな曲率を持たせた凹面鏡を形成することにより、マイクロレンズの集光パワーの不足分を補うことができるようになる。従って、偏光の回転量もマイクロレンズの曲率が小さい分、コントラストの低下は少なくなり、従来の画素縮小光学系を搭載した反射型空間光変調装置のコントラストの向上を図ることができる。
【００４３】
［実施例１５］
本発明の別の実施例として、図１０に実施例１４の反射型の空間光変調装置を用いた画像表示装置の構成例を示す。
この画像表示装置は、実施例１３（図８）に示した画像表示装置の構成に加え、反射型空間光変調装置３４と投射レンズ３５の間に、画素シフト素子（画素ずらし素子）３６を配置し、見かけ上の画素を倍増させたものである。画素シフト素子３６による画素ずらし量は例えば画素の半ピッチであり、画素の対角斜め方向、横方向、縦方向など、一方向のみのシフトを行なうことにより、見かけ上の画素を倍増させることができるが、横と縦を組み合わせたシフトを行なうことにより、合計４倍の画素を表示させることもできる。
【００４４】
空間光変調装置３４に集光素子がない場合は、空間光変調装置の１画素が投射画像の２画素分になり、隣接画素と重なり合ってしまうため、本発明では、前述したように集光素子１により一画素ごとに縮小させている。また、本実施例では、空間光変調装置３４に実施例１４（図９）に示した構成の反射型空間光変調装置４０を用いることにより、ライトバルブ４０の反射電極４４の反射面４３で一画素がさらに縮小されるため、隣接画素の重なりが減って、より高精細な画像が得られる。従って、本実施例の画像表示装置では、空間光変調装置に集光素子を用いるために生じる偏光の回転でコントラストの低下が生じるところを、反射電極４４には凹面形状の反射面４３が形成されているため、集光素子１のパワーは小さくできるので、偏光の回転量は少なくなる。つまり、高精細でコントラストのより高い表示が可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明の空間光変調装置は、高精細でコントラストの高い画像表示を行なうことができるので、画像表示装置の画像表示部に好適に利用することができる。そして、本発明の画像表示装置は、プロジェクタ等の投射表示装置や、ヘッドマウントディスプレイ等の表示装置などに好適に利用することができ、高精細でコントラストの高い表示装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の一実施例を示す空間光変調装置の概略要部断面図である。
【図２】図１に示す空間光変調装置の第一の集光素子と第二の集光素子の配置関係の説明図である。
【図３】本発明の別の実施例を示す透過型空間光変調装置の概略要部断面図である。
【図４】本発明のさらに別の実施例を示す透過型空間光変調装置の概略要部断面図である。
【図５】本発明のさらに別の実施例を示す反射型空間光変調装置の概略要部断面図である。
【図６】本発明のさらに別の実施例を示す反射型空間光変調装置の概略要部断面図である。
【図７】本発明のさらに別の実施例を示す図であって、透過型空間光変調装置を用いた画像表示装置の概略構成図である。
【図８】本発明のさらに別の実施例を示す図であって、反射型空間光変調装置を用いた画像表示装置の概略構成図である。
【図９】本発明のさらに別の実施例を示す反射型空間光変調装置の概略要部断面図である。
【図１０】本発明のさらに別の実施例を示す図であって、反射型空間光変調装置を用いた画像表示装置の概略構成図である。
【図１１】従来技術の説明図であって、透過型ライトバルブにマイクロレンズが無い場合と有る場合の説明図である。
【図１２】従来技術の別の説明図であって、レンズによる偏光の変化を調べた様子を示す図である。
【図１３】集光素子を通過することによる偏光の回転現象をシミュレーションしたときの光学系を示す図である。
【図１４】図１３に示す光学系の光検出素子上の光強度分布を示す図である。
【符号の説明】
【００４７】
１：第一の集光素子
２：第二の集光素子（偏向手段）
３：透過型のライトバルブ
４：遮光層
５：液晶層
６：薄膜トランジスタ基板
７：検光子
８：接着層
９，１５，４０：反射型ライトバルブ
１０，１６，４１：透光性基板
１１：共通電極
１２，１７，４２：液晶層
１３，１９，４４：反射電極
１４，２０，４５：バックプレーン
１８：反射面（凸面鏡）
２１，３１：光源
２２，３２：照明光学系
２３−１，２３−２：色分離ミラー
２４−１，２４−２，２４−３：ミラー
２５−１，２５−２，２５−３：透過型空間光変調装置
２６：色合成プリズム
２７，３５：投射レンズ（投射光学系）
３３：偏光分離プリズム
３４：反射型空間光変調装置
３６：画素シフト素子（画素ずらし素子）
４３：反射面（凹面）
【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５】
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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１０】
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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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