(57)【要約】【課題】観察者がブラックマトリックス等の遮光部の像を認識することなく、容易に製造でき、スムーズな画質を得ることができる空間光変調装置及びプロジェクタを提供すること。【解決手段】変調部は、行列状に配列されている複数の画素部と、複数の画素部どうしの間に設けられている遮光部であるブラックマトリックス部２２０とを有し、変調部の射出側に設けられ、変調部からの光を屈折する短冊状の屈折部である第１と第２との傾斜面２１１、２１３と、変調部からの光を透過又は反射する平坦面２１２とをさらに有し、傾斜面２１１、２１３は短冊状の長手方向に沿って傾斜し、傾斜面２１１、２１３は、傾斜面から所定距離だけ離れたスクリーン１１６において、画素部の投影像をブラックマトリックス部像２２０Ｐ上へ導くような傾斜面の向きと、傾斜面と平坦面とのなす角度とを有する。【選択図】        図２
2005070633.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光を画像信号に応じて変調して射出する変調部を有する空間光変調装置であって、
前記変調部は、行列状に配列されている複数の画素部と、前記複数の画素部どうしの間に設けられている遮光部とを有し、
前記変調部の射出側に設けられ、前記変調部からの光を屈折する短冊状の屈折部と、前記変調部からの光を透過又は反射する平坦面とをさらに有し、
前記屈折部は、短冊状の長手方向に沿って傾斜する屈折面を有し、
前記屈折面は、前記屈折部から所定距離だけ離れた投影面において、前記画素部の投影像を前記遮光部の投影像上へ導くような前記屈折面の向きと、前記屈折面と前記平坦面とのなす角度と、を有することを特徴とする空間光変調装置。
【請求項２】
前記屈折部は、前記短冊状の長手方向に沿って第１の方向へ傾斜する第１の傾斜面と、前記第１の方向とは反対の第２の方向へ傾斜する第２の傾斜面とを有することを特徴とする請求項１に記載の空間光変調装置。
【請求項３】
前記第１の傾斜面と前記第２の傾斜面とを有する前記屈折部を、略直交する方向に２つ設けることを特徴とする請求項２に記載の空間光変調装置。
【請求項４】
前記変調部へ入射光を供給する照明光学系の開口数と、前記変調部からの変調された射出光が入射する投写光学系の開口数とにより定まる単位面積において、前記平坦面の面積と前記屈折面の面積との比は、前記画素部の前記投影像の光強度に比例することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の空間光変調装置。
【請求項５】
光を供給する光源と、
請求項１〜４の何れか一項に記載の空間光変調装置と、
前記空間光変調装置からの光を投写するための投写レンズと、
を有することを特徴とするプロジェクタ。
【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プロジェクタ、特に、液晶型空間光変調装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
画像表示装置として、液晶パネル（液晶表示装置）、ＣＲＴ表示装置、プラズマディスプレイ装置等のドットマトリックス画像表示装置が多く用いられている。ドットマトリックス画像表示装置は、二次元的に周期的に配列された多数の画素によって画像を表現する。この時、この周期的配列構造に起因する、いわゆるサンプリングノイズが発生し、画質が劣化する（画像がざらついて見える）現象がみられる。そして、画質が劣化する現象を低減する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開平８−１２２７０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ドットマトリックス画像表示装置においては、画素と画素との間の領域には、不要光を低減するためにブラックマトリックスと呼ばれる遮光部が設けられている。近年、画像表示装置の使用態様として、大画面を比較的近距離から観察する場合が多くなってきている。このため、観察者がブラックマトリックスの像を認識してしまう場合がある。このように、従来のドットマトリックス画像表示装置は、ブラックマトリックスの像のため、スムーズさの少ない画像、又はざらつきを有する画像等のように画質が劣化するという問題点を有している。上述の特許文献１では、ブラックマトリックスの像に起因する画質の劣化を低減することは困難である。
【０００５】
本発明は、上述の問題点を解決するためになされたものであり、観察者がブラックマトリックス等の遮光部の像を認識することなく、容易に製造でき、スムーズな画質を得ることができる空間光変調装置及びプロジェクタを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、第１の発明は、入射光を画像信号に応じて変調して射出する変調部を有する空間光変調装置であって、変調部は、行列状に配列されている複数の画素部と、複数の画素部どうしの間に設けられている遮光部とを有し、変調部の射出側に設けられ、変調部からの光を屈折する短冊状の屈折部と、変調部からの光を透過又は反射する平坦面とをさらに有し、屈折部は、短冊状の長手方向に沿って傾斜する傾斜面を有し、屈折面は、屈折部から所定距離だけ離れた投影面において、画素部の投影像を遮光部の投影像上へ導くような屈折面の向きと、屈折面と平坦面とのなす角度と、を有することを特徴とする空間光変調装置を提供できる。
【０００７】
これにより、一の画素部からの光は屈折部に入射する。屈折部に入射した光は、屈折部の屈折面で屈折されて光路を所定方向へ折り曲げられる。このとき、屈折面の向き、及び平坦面と屈折面とのなす角度（以下、「傾斜角度」という。）に応じて、光路が折り曲げられる方向と、その大きさ（屈折角）とを制御できる。本発明では、屈折部から所定距離だけ離れた投影面において、屈折された光が形成する画素部の投影像が、遮光部の投影像上へ導かれるように構成されている。この結果、屈折部から所定距離だけ離れた投影面において、遮光部の投影像の領域に重畳的に画素部の投影像が形成される。従って、投影面において、観察者が遮光部を認識することなく、スムーズでざらつき感の低減された画像を観察できる。また、屈折面は短冊状の長手方向に沿って傾斜している。このため、屈折面の傾斜角度が微小な場合でも、屈折部の端部では屈折部の高さ（深さ）を十分に得ることができる。この結果、屈折部を容易に製造することができる。
【０００８】
また、本発明の好ましい態様によれば、屈折部は、短冊状の長手方向に沿って第１の方向へ傾斜する第１の傾斜面と、第１の方向とは反対の第２の方向へ傾斜する第２の傾斜面とを有することが望ましい。これにより、画素部の投影像を第１の方向と第２の方向との２方向へ形成することができる。
【０００９】
また、本発明の好ましい態様によれば、第１の傾斜面と第２の傾斜面とを有する屈折部を、略直交する方向に２つ設けることが望ましい。これにより、画素部の投影像を略直交する２方向に沿って形成することができる。
【００１０】
また、本発明の好ましい態様によれば、変調部へ入射光を供給する照明光学系の開口数と、変調部からの変調された射出光が入射する投写光学系の開口数とにより定まる単位面積において、平坦面の面積と屈折面の面積との比は、画素部の前記投影像の光強度に比例することが望ましい。これにより、空間光変調装置の単位面積内の領域から射出した光は、すべて投写光学系により投写される。そして、単位面積内において、平坦面の面積と屈折面の面積との比率を制御することで、平坦面を透過又は反射する光量と屈折面で屈折される光量とを所望の値に設定することができる。これにより、投影面において、ブラックマトリックス等の遮光部の像を認識することなく、かつ均一な明るさの投写像を得ることができる。
【００１１】
また、第２の発明によれば、光を供給する光源と、上述の空間光変調装置と、空間光変調装置からの光を投写するための投写光学系と、を有することを特徴とするプロジェクタを提供できる。これにより、スクリーンに投写された画像において、遮光部の投写像の領域に重畳的に画素部の投写像が形成される。従って、スクリーンにおいて、観察者が遮光部の像を認識することなく、スムーズでざらつき感の低減された画像を観察できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下に、本発明に係る空間光変調装置及びプロジェクタの実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例により本発明が限定されるものではない。
【実施例１】
【００１３】
（プロジェクタ全体説明）
初めに図１を参照して、本発明の実施例１に係るプロジェクタの概略構成を説明する。次に、図２以降を参照して、本実施例の特徴的な構成を説明する。まず、図１において、光源部である超高圧水銀ランプ１０１は、第１色光である赤色光（以下、「Ｒ光」という。）、第２色光である緑色光（以下、「Ｇ光」という。）、及び第３色光である青色光（以下、「Ｂ光」という。）を含む光を供給する。インテグレータ１０４は、超高圧水銀ランプ１０１からの光の照度分布を均一化する。照度分布を均一化された光は、偏光変換素子１０５にて特定の振動方向を有する偏光光、例えばｓ偏光光に変換される。ｓ偏光光に変換された光は、色分離光学系を構成するＲ光透過ダイクロイックミラー１０６Ｒに入射する。以下、Ｒ光について説明する。Ｒ光透過ダイクロイックミラー１０６Ｒは、Ｒ光を透過し、Ｇ光、Ｂ光を反射する。Ｒ光透過ダイクロイックミラー１０６Ｒを透過したＲ光は、反射ミラー１０７に入射する。反射ミラー１０７は、Ｒ光の光路を９０度折り曲げる。光路を折り曲げられたＲ光は、第１色光であるＲ光を画像信号に応じて変調する第１色光用空間光変調装置１１０Ｒに入射する。第１色光用空間光変調装置１１０Ｒは、Ｒ光を画像信号に応じて変調する透過型の液晶表示装置である。なお、ダイクロイックミラーを透過しても、光の偏光方向は変化しないため、第１色光用空間光変調装置１１０Ｒに入射するＲ光は、ｓ偏光光のままの状態である。
【００１４】
第１色光用空間光変調装置１１０Ｒは、λ/２位相差板１２３Ｒ、ガラス板１２４Ｒ、第１偏光板１２１Ｒ、液晶パネル１２０Ｒ、及び第２偏光板１２２Ｒを有する。液晶パネル１２０Ｒの詳細な構成については後述する。λ/２位相差板１２３Ｒ及び第１偏光板１２１Ｒは、偏光方向を変換させない透光性のガラス板１２４Ｒに接する状態で配置される。これにより、第１偏光板１２１Ｒ及びλ/２位相差板１２３Ｒが、発熱により歪んでしまうという問題を回避できる。なお、図１において、第２偏光板１２２Ｒは独立して設けられているが、液晶パネル１２０Ｒの射出面や、クロスダイクロイックプリズム１１２の入射面に接する状態で配置しても良い。
【００１５】
第１色光用空間光変調装置１１０Ｒに入射したｓ偏光光は、λ/２位相差板１２３Ｒによりｐ偏光光に変換される。ｐ偏光光に変換されたＲ光は、ガラス板１２４Ｒ及び第１偏光板１２１Ｒをそのまま透過し、液晶パネル１２０Ｒに入射する。液晶パネル１２０Ｒに入射したｐ偏光光は、画像信号に応じた変調により、Ｒ光がｓ偏光光に変換される。液晶パネル１２０Ｒの変調により、ｓ偏光光に変換されたＲ光が、第２偏光板１２２Ｒから射出される。このようにして、第１色光用空間光変調装置１１０Ｒで変調されたＲ光は、色合成光学系であるクロスダイクロイックプリズム１１２に入射する。
【００１６】
次に、Ｇ光について説明する。Ｒ光透過ダイクロイックミラー１０６Ｒで反射された、Ｇ光とＢ光とは光路を９０度折り曲げられる。光路を折り曲げられたＧ光とＢ光とは、Ｂ光透過ダイクロイックミラー１０６Ｇに入射する。Ｂ光透過ダイクロイックミラー１０６Ｇは、Ｇ光を反射し、Ｂ光を透過する。Ｂ光透過ダイクロイックミラー１０６Ｇで反射されたＧ光は、第２色光であるＧ光を画像信号に応じて変調する第２色光用空間光変調装置１１０Ｇに入射する。第２色光用空間光変調装置１１０ＧはＧ光を画像信号に応じて変調する透過型の液晶表示装置である。第２色光用空間光変調装置１１０Ｇは、液晶パネル１２０Ｇ、第１偏光板１２１Ｇ及び第２偏光板１２２Ｇを有する。液晶パネル１２０Ｇの詳細に関しては後述する。
【００１７】
第２色光用空間光変調装置１１０Ｇに入射するＧ光は、ｓ偏光光に変換されている。第２色光用空間光変調装置１１０Ｇに入射したｓ偏光光は、第１偏光板１２１Ｇをそのまま透過し、液晶パネル１２０Ｇに入射する。液晶パネル１２０Ｇに入射したｓ偏光光は、画像信号に応じた変調により、Ｇ光がｐ偏光光に変換される。液晶パネル１２０Ｇの変調により、ｐ偏光光に変換されたＧ光が、第２偏光板１２２Ｇから射出される。このようにして、第２色光用空間光変調装置１１０Ｇで変調されたＧ光は、色合成光学系であるクロスダイクロイックプリズム１１２に入射する。
【００１８】
次に、Ｂ光について説明する。Ｂ光透過ダイクロイックミラー１０６Ｇを透過したＢ光は、２枚のリレーレンズ１０８と、２枚の反射ミラー１０７とを経由して、第３色光であるＢ光を画像信号に応じて変調する第３色光用空間光変調装置１１０Ｂに入射する。第３色光用空間光変調装置１１０Ｂは、Ｂ光を画像信号に応じて変調する透過型の液晶表示装置である。
【００１９】
なお、Ｂ光にリレーレンズ１０８を経由させるのは、Ｂ光の光路の長さがＲ光及びＧ光の光路の長さよりも長いためである。リレーレンズ１０８を用いることにより、Ｂ光透過ダイクロイックミラー１０６Ｇを透過したＢ光を、そのまま第３色光用空間光変調装置１１０Ｂに導くことができる。第３色光用空間光変調装置１１０Ｂは、λ/２位相差板１２３Ｂ、ガラス板１２４Ｂ、第１偏光板１２１Ｂ、液晶パネル１２０Ｂ、及び第２偏光板１２２Ｂを有する。なお、第３色光用空間光変調装置１１０Ｂの構成は、上述した第１色光用空間光変調装置１１０Ｒの構成と同様なので、詳細な説明は省略する。
【００２０】
第３色光用空間光変調装置１１０Ｂに入射するＢ光は、ｓ偏光光に変換されている。第３色光用空間光変調装置１１０Ｂに入射したｓ偏光光は、λ/２位相差板１２３Ｂによりｐ偏光光に変換される。ｐ偏光光に変換されたＢ光は、ガラス板１２４Ｂ及び第１偏光板１２１Ｂをそのまま透過し、液晶パネル１２０Ｂに入射する。液晶パネル１２０Ｂに入射したｐ偏光光は、画像信号に応じた変調により、Ｂ光がｓ偏光光に変換される。液晶パネル１２０Ｂの変調により、ｓ偏光光に変換されたＢ光が、第２偏光板１２２Ｂから射出される。第３色光用空間光変調装置１１０Ｂで変調されたＢ光は、色合成光学系であるクロスダイクロイックプリズム１１２に入射する。このように、色分離光学系を構成するＲ光透過ダイクロイックミラー１０６ＲとＢ光透過ダイクロイックミラー１０６Ｇとは、超高圧水銀ランプ１０1から供給される光を、第１色光であるＲ光と、第２色光であるＧ光と、第３色光であるＢ光とに分離する。
【００２１】
色合成光学系であるクロスダイクロイックプリズム１１２は、２つのダイクロイック膜１１２ａ、１１２ｂをＸ字型に直交して配置して構成されている。ダイクロイック膜１１２ａは、Ｂ光を反射し、Ｒ光、Ｇ光を透過する。ダイクロイック膜１１２ｂは、Ｒ光を反射し、Ｂ光、Ｇ光を透過する。このように、クロスダイクロイックプリズム１１２は、第１色光用空間光変調装置１１０Ｒ、第２色光用空間光変調装置１１０Ｇ、及び第３色光用空間光変調装置１１０Ｂでそれぞれ変調されたＲ光、Ｇ光及びＢ光を合成する。投写レンズ１１４は、クロスダイクロイックプリズム１１２で合成された光をスクリーン１１６に投写する。これにより、スクリーン１１６上でフルカラー画像を得ることができる。
【００２２】
なお、上述のように、第１色光用空間光変調装置１１０Ｒ及び第３色光用空間光変調装置１１０Ｂからクロスダイクロイックプリズム１１２に入射される光は、ｓ偏光光となるように設定される。また、第２色光用空間光変調装置１１０Ｇからクロスダイクロイックプリズム１１２に入射される光は、ｐ偏光光となるように設定される。このようにクロスダイクロイックプリズム１１２に入射される光の偏光方向を異ならせることで、クロスダイクロイックプリズム１１２において各色光用空間光変調装置から射出される光を有効に合成できる。ダイクロイック膜１１２ａ、１１２ｂは、通常、ｓ偏光光の反射特性に優れる。このため、ダイクロイック膜１１２ａ、１１２ｂで反射されるＲ光及びＢ光をｓ偏光光とし、ダイクロイック膜１１２ａ、１１２ｂを透過するＧ光をｐ偏光光としている。
【００２３】
（液晶パネルの構成）
次に、図２を用いて液晶パネルの詳細について説明する。図１で説明したプロジェクタ１００では、３つの液晶パネル１２０Ｒ、１２０Ｇ、１２０Ｂを備えている。これら３つの液晶パネル１２０Ｒ、１２０Ｇ、１２０Ｂは変調する光の波長領域が異なるだけであり、基本的構成は同一である。このため、液晶パネル１２０Ｒを代表例にして以後の説明を行う。
【００２４】
図２は液晶パネル１２０Ｒの斜視断面図である。超高圧水銀ランプ１０１からのＲ光は、図２の下側から液晶パネル１２０Ｒに入射し、上側からスクリーン１１６の方向へ射出する。入射側防塵透明プレート２０１の内側には、透明電極等を有する対向基板２０２が形成されている。また、射出側には、後述する第１の屈折光学素子２１０ａと第２の屈折光学素子２１０ｂとが光学的接着剤により接合されている。第２の屈折光学素子２１０ｂの内側にはＴＦＴ（薄膜トランジスタ）や透明電極等を有するＴＦＴ基板２０５が形成されている。第１の屈折光学素子２１０ａと第２の屈折光学素子２１０ｂとは射出側防塵透明プレートの機能を兼用する。そして、対向基板２０２とＴＦＴ基板２０５とを対向させて、入射側防塵透明プレート２０１と屈折光学素子２１０ａ、２１０ｂとを貼り合わせる。対向基板２０２とＴＦＴ基板２０５との間には、画像表示のための液晶層２０４が封入されている。また、液晶層２０４の入射光側には遮光のためのブラックマトリックス形成層２０３が設けられている。
【００２５】
なお、図１で示した構成では、第１偏光板１２１Ｒ、第２偏光板１２２Ｒを、液晶パネル１２０Ｒに対して別体に設けている。しかし、これに代えて、入射側防塵透明プレート２０１と対向基板２０２との間、屈折光学素子２１０ａ、２１０ｂとＴＦＴ基板２０５との間などにも偏光板を設けることもできる。さらに、第１と第２の屈折光学素子２１０ａ、２１０ｂは、第２偏光板１２２Ｒに形成すること、又はクロスダイクロイックプリズム１１２のＲ光の入射面に形成することの何れでもよい。加えて、第１の屈折光学素子２１０ａと、第２の屈折光学素子２１０ｂとは、それぞれ光軸に対して略垂直に設けることが望ましい。
【００２６】
（屈折光学素子）
図３−１、３−２は、それぞれ第１の屈折光学素子２１０ａ、第２の屈折光学素子２１０ｂの斜視構成を示す。図３−１に示すように、第１の屈折光学素子２１０ａは、硝子の平行平板の一方の面に、短冊状の屈折部である第１の傾斜面２１１と、平坦面２１２（斜線を付して示す）と、短冊状の屈折部である第２の傾斜面２１３とが繰り返し交互に形成されている。平坦面２１２は、平行平板の他方の面２１４に対して略平行である。
【００２７】
第１の傾斜面２１１は、短冊状の長手方向に沿って第１の方向である−（マイナス）ｘ方向に低くなるように傾斜している。これに対して、第２の傾斜面２１３は、第１の方向である−ｘ方向とは反対の＋（プラス）ｘ方向へ低くなるように傾斜している。第１の傾斜面２１１と第２の傾斜面２１３との間に平坦面２１２が形成されている。図３−１では、繰り返して形成されている屈折光学素子の一部分を拡大して示している。また、第２の屈折光学素子２１０ｂは、第１の屈折光学素子２１０ａと同一の構成である。第２の屈折光学素子２１０ｂは、図３−２に示すように、第１の屈折光学素子２１０ａに対して略直交する方向に設けられている。
【００２８】
図４−１は、第１の屈折光学素子２１０ａを上面から見た構成を示す。第１の傾斜面２１１（右下がりの斜線を付す）と、平坦面２１２と、第２の傾斜面２１３（左下がりの斜線を付す）と、平坦面２１２とが、この順番で繰り返し形成されている。図４−２、４−３、４−４は、それぞれ第１の傾斜面２１１、第２の傾斜面２１３、平坦面２１２の断面構成を示す。図４−２、４−３から明らかなように、第１の傾斜面２１１が傾斜する第１の方向（−ｘ方向）と、第２の傾斜面２１３が傾斜する第２の方向（＋ｘ方向）とは反対の方向である。第１の屈折光学素子２１０ａの断面構成は、図４−５に示すように、第１の傾斜面２１１と第２の傾斜面２１３と平坦面２１２とを合わせたものとなる。また、第１の傾斜面２１１の長手方向の長さと、第２の傾斜面２１３の長手方向の長さとは、液晶パネル１２０Ｒの一辺の長さと略等しいことが望ましい。
【００２９】
（画素部に対応する開口部の構成）
図５は、ブラックマトリックス形成層２０３の平面図である。遮光部であるブラックマトリックス部２２０は、超高圧水銀ランプ１０１から入射したＲ光を遮光することにより、スクリーン１１６側へ射出しない。ブラックマトリックス部２２０は、所定幅Ｗ１、Ｗ２を有し、直交する方向に格子状に形成されている。また、ブラックマトリックス部２２０に囲まれている矩形状の領域は開口部２３０を形成する。開口部２３０は、超高圧水銀ランプ１０１からのＲ光を通過させる。開口部２３０を透過するＲ光は、図２に示したように対向基板２０２と、液晶層２０４と、ＴＦＴ基板２０５とを透過する。そして、Ｒ光は画像信号に応じて液晶層２０４において偏光成分が変調される。このように、投写された画像における画素部を形成するのは、開口部２３０と、液晶層２０４と、ＴＦＴ基板２０５とを透過して変調を受けた光である。この光は、開口部２３０を透過する光であるので、開口部２３０の位置、大きさと、画素部の位置、大きさとはそれぞれ対応している。また、帯状のブラックマトリックス部２２０の中心線ＣＬを一点鎖線で示す。以下、説明の便宜のため、中心線ＣＬで囲まれた図中太線で示す領域を周期領域２４０という。図からも明らかなように、隣接する周期領域２４０は、隙間なく周期的に繰り返して配列している。
【００３０】
（開口部の投写像）
図６は、従来技術のプロジェクタによりスクリーン１１６に投写された画像を拡大して示すものである。帯状のブラックマトリックス部像２２０Ｐに囲まれて開口部像２３０Ｐが投写されている。また、周期領域２４０に対応して、図６において太線で囲まれている周期領域像２４０Ｐが投写される。さらに、中心線像ＣＬＰどうしが交わる位置を交点ＣＰとする。なお、本実施形態を含めて以下全ての実施形態の説明において、投写レンズ１１４によりスクリーン１１６に投写された像を用いて説明する。ここで、第１光用空間光変調装置１１０Ｒ自体を取り出して考えた場合は、投写レンズ１１４は介在しない。この場合は、屈折部である第１の傾斜面２１１から所定距離だけ離れた仮想的な投影面に投影された投影像として扱うことができる。プロジェクタ１００による投写像と、第１色光用空間光変調装置１１０Ｒ単体による投影像とは、像倍率が異なるだけで実質的に同一のものである。このため、以下、スクリーン１１６に投写された投写像を例に説明を行う。
【００３１】
（傾斜面と開口部との位置関係）
図７は、ブラックマトリックス形成層２０３と、屈折部である第１の傾斜面２１１との関係を示す断面図である。ここで、理解を容易にするため、ブラックマトリックス形成層２０３と、第１の傾斜面２１１とを除く他の構成部の図示を省略する。一の画素部に対応する開口部２３０を透過したＲ光は、円錐形状の発散光となって進行する。そして、このＲ光は、第１の傾斜面２１１と平坦面２１２と第２の傾斜面２１３とが繰り返し形成されている領域のうち、少なくとも一部の第１の傾斜面２１１に入射する。
【００３２】
（傾斜角度と屈折量）
次に、上記構成により、液晶層２０４を透過した光が、屈折される角度量について図８を参照して説明する。図８は、第１の屈折光学素子２１０ａのうち第１の傾斜面２１１近傍を拡大して示す図である。第１の屈折光学素子２１０ａとスクリーン１１６との間の媒質（例えば空気）は屈折率ｎ１、屈折光学素子２１０ａを構成する部材、例えば硝子は屈折率ｎ２を有する場合を考える。また、第１の傾斜面２１１は、平坦面２１２に平行な面２１２ａに対して角度θとなるように形成されている。以下、角度θを傾斜角度という。また、図８においては、第１の傾斜面２１１とスクリーン１１６とのみを示し、クロスダイクロイックプリズム１１２、投写レンズ１１４の図示を省略する。
【００３３】
簡単のため、液晶層２０４からの光のうち平行光について説明する。平坦面２１２に入射する光線は、平坦面２１２に対して垂直に入射する。このため、平坦面２１２で屈折作用を受けることなく、そのまま直進してスクリーン１１６上に投写像を形成する。これに対して、第１の傾斜面２１１に入射した光は、以下に示す条件式を満足するように屈折される。
ｎ１×ｓｉｎβ＝ｎ２×ｓｉｎα
ここで、角度αは第１の傾斜面２１１の法線Ｎを基準とする入射角度、角度βは射出角度である。
【００３４】
また、第１の傾斜面２１１と距離Ｌだけ離れたスクリーン１１６において、直進した光の位置と屈折された光の位置と距離Ｓは、次式で表される。
Ｓ＝Ｌ×Δβ
Δβ＝β−α
このように、第１の傾斜面２１１の傾斜角度θを制御することで、スクリーン１１６における液晶層２０４を透過した開口部像の移動量である距離Ｓを任意に設定することができる。さらに、図８から明らかなように、光線ＬＬ２が屈折される方向は第１の傾斜面２１１の傾斜する向きに依存している。換言すると、液晶層２０４の開口部に対して第１の傾斜面２１１の向きを制御することで、スクリーン１１６において開口部像を形成する方向を任意に設定できる。
【００３５】
（投写像の内容）
上述した第１の傾斜面２１１によりスクリーン１１６に投写されるＲ光による投写像について図９を参照して説明する。図９は、スクリーン１１６における一つの周期領域像２４０Ｐを示す。屈折光学素子２１０ａの平坦面２１２に略垂直入射した光は、平坦面２１２で屈折作用を受けずに直進する。直進した光は、スクリーン１１６で、周期領域像２４０Ｐの中央部に開口部像（直接透過像）２３０Ｐを形成する。
【００３６】
次に、屈折光学素子２１０ａの第１の傾斜面２１１に入射した光を考える。第１の傾斜面２１１に入射した光は、第１の傾斜面２１１の向き、傾斜角度θ、面積にそれぞれ対応した屈折方向、屈折量、屈折光量でもって屈折作用を受ける。第１の傾斜面２１１の長手に沿った方向（ｘ軸方向）とブラックマトリックス形成層２０３の中心線ＣＬの方向が略平行となるように構成されている。このため、例えば、第１の傾斜面２１１又は第２の傾斜面２１３で屈折された光は、図９で示すように、開口部像（直接透過像）２３０Ｐから矢印方向に上述した距離ＳＡだけ離れた位置に開口部像２３０Ｐａを形成する。なお、以下全ての説明において簡単のために、投写レンズ１１４の結像作用による像の上下左右の反転は無いものとする。また、観察者は常に光源部である超高圧水銀ランプ１０１を見る方向から観察するものとする。例えば、スクリーン１１６に投写された画像も、スクリーン１１６の背面側から超高圧水銀ランプ１０１を見る方向（向かってくる光を見る方向）から観察するものとする。
【００３７】
同様に、第１の屈折光学素子２１０ａに対して略直交するように図１０−１で示す第２の屈折光学素子２１０ｂで屈折された光を考える。第２の屈折光学素子２１０ｂで屈折された光は、図１０−２で示すようにｙ軸方向に開口部像２３０Ｐから距離ＳＢだけ離れた位置に開口部像２３０Ｐｂを形成する。そして、第１の屈折光学素子２１０ａと第２の屈折光学素子２１０ｂとを略直交させて組み合わせて設けると、図１１に示すように、開口部像（直接透過像）２３０Ｐは、第１の屈折光学素子２１０ａによりｘ軸方向に屈折され、さらに第２の屈折光学素子２１０ｂによりｙ軸方向に屈折される。これにより、画素部の投影像を略直交する２方向に沿って形成することができる。
【００３８】
（単位面積における傾斜面の面積比）
次に、単位面積における傾斜面の面積比について説明する。まず、単位面積について説明する。図１２は、単位面積ａφを説明するための超高圧水銀ランプ１０１からスクリーン１１６までの光路を示す。なお、図１２では、説明の簡便のため、光学系としては、照明系ＩＬＬを構成する超高圧水銀ランプ１０１とインテグレータ１０４、及び投写系ＰＬを構成する投写レンズ１１４のみを示し、他の色分解光学系などの図示を省略する。また、便宜上、投写レンズ１１４は、両凸形状の単レンズとして示している。このため、図１２において、投写レンズ１１４と投写系ＰＬとは一致している。
【００３９】
光源である超高圧水銀ランプ１０１からの照明光はインテグレータ１０４に入射する。インテグレータ１０４は、超高圧水銀ランプ１０１からの照明光を重畳させて液晶パネル１２０Ｒを照明する。インテグレータ１０４からの照明光は、所定の角度分布をもって液晶パネル１２０Ｒに入射する。液晶パネル１２０Ｒ上の位置ＯＢＪは、様々な入射角度の光により重畳的に照明される。そして、位置ＯＢＪからの光は、照明系ＩＬＬのＦナンバーで空間的に拡がりながら第１の屈折光学素子２１０ａに入射する。液晶パネル１２０Ｒを射出した光は、第１の屈折光学素子２１０ａを透過して投写レンズ１１４へ入射する。液晶パネル１２０Ｒの変調面とスクリーン１１６とは共役関係にある。このため、液晶パネル１２０Ｒ上の位置ＯＢＪは、スクリーン１１６上の位置ＩＭＧに結像する。このとき、液晶パネル１２０Ｒ上の位置ＯＢＪからの光は、投写レンズ１１４のＦナンンバーと同一、又は小さいＦナンバーの光が、投写レンズ１１４によりスクリーン１１６に投写される。照明系ＩＬＬのＦナンバーと投写系ＰＬのＦナンバーとは、以下の３とおりの関係（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）が考えられる。
（Ａ）  照明系ＩＬＬのＦナンバー＞投写系ＰＬのＦナンバー、
（Ｂ）  照明系ＩＬＬのＦナンバー＝投写系ＰＬのＦナンバー、
（Ｃ）  照明系ＩＬＬのＦナンバー＜投写系ＰＬのＦナンバー。
【００４０】
何れの関係においても、液晶パネル１２０Ｒ上で、照明系ＩＬＬ又は投写系ＰＬの小さいほうのＦナンバーで規定される角度範囲の光だけが有効にスクリーン１１６に投写される。例えば、関係（Ａ）又は（Ｂ）の場合、次式が成立する。
１／（２ＦＩＬＬ）＝ｓｉｎθａ
ここで、ＦＩＬＬは投写系ＰＬのＦナンバー、
θａは位置ＯＢＪから射出した光の光軸とのなす角度、である。
【００４１】
液晶パネル１２０Ｒから空間的な拡がり角度θａで射出した光は、第１の屈折光学素子２１０ａ上の円形領域である単位面積ａφを照射する。このように、第１の屈折光学素子２１０ａ上の単位面積ａφのからの光は、全て投写レンズ１１４でスクリーン１１６に投写される。また、これに対して、上記関係式（Ｃ）の場合、照明系ＩＬＬのＦナンバーでスクリーン１１６に有効に投写される第１の屈折光学素子２１０ａ上の単位面積ａφが規定される。
【００４２】
従って、何れの関係（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）においても、第１の屈折光学素子２１０ａ上の単位面積ａφからの光は、投写レンズ１１４により有効にスクリーン１１６に投写される。単位面積ａφあたりの、所定の方向に屈折させる第１の傾斜面２１１の面積の総和、第２の傾斜面２１３の面積の総和、及び平坦面２１２の面積の総和は、何れの単位面積においても同一の値である。そして、スクリーン１１６に投写される画像の光量は、単位面積ａφにおける、これらの面積比に比例する。図１３に、単位面積ａφにおける、第１の屈折光学素子２１０ａと第２の屈折光学素子２１０ｂとを同一図に記載した正面構成を示す。
【００４３】
例えば、図１３において、単位面積ａφ内の第１の屈折光学素子２１０ａ及び第２の屈折光学素子２１０ｂの平坦面２１２と、第１の傾斜面２１１と、第２の傾斜面２１３との面積比を１／２：１／４：１／４とする。この場合、スクリーン１１６上での各投写像の光量の比率は図１４に示すように分布する。そして、隣接する周期領域像２４０Ｐは、ブラックマトリックス部２２０の投影像であるブラックマトリックス部像２２０Ｐ（図６）が相互に重なるように形成されている。このため、最終的にスクリーン１１６に投写される画像の光量は、周期領域像２４０Ｐにおいて全て１／４となる。また、各屈折部による投影像は隣接する直接透過像からの光の足し合わせとなるため、隣接する直接投影像間の中間調となる新しい画素を形成するような状態になる。従って、スクリーン１１６において、観察者がブラックマトリックス部２２０を認識することなく、均一な明るさで、かつスムーズでざらつき感の低減された画像を観察できる。また、本実施例では、傾斜角度θが微小な場合でも、短冊状の長手方向に沿って傾斜しているため、容易に傾斜面を形成することができる。第１の屈折光学素子２１０ａと第２の屈折光学素子２１０ｂとの製造方法は、例えば、グレースクール等のフォトリソグラフィ方法、紫外線硬化型樹脂により型転写方法、ガラスプレス方法、又は機械加工による直接切削方法等を挙げることができる。
【００４４】
また、射出側防塵透明プレートに第１の屈折光学素子２１０ａと第２の屈折光学素子２１０ｂとの一方の屈折光学素子を作りこんでおいても良い。次に、他方の屈折光学素子は射出側防塵プレートとは別体で製造する。そして、他方の屈折光学素子を、表面に一方の屈折光学素子が形成されている射出側防塵透明プレートに光学的透明接着剤で固着する。この構成によっても、本実施例と同様の効果を得ることができる。
【００４５】
さらに、本実施例では、第１の屈折光学素子２１０ａの一方の面２１４（平面側）と、第２の屈折光学素子２１０ｂの第１の傾斜面２１１等が形成されている面とを向かい合わせて固着している。しかし、これに限られず、以下の（１）〜（３）のいずれかの構成でも良い。
（１）第１の屈折光学素子２１０ａの第１の傾斜面２１１等が形成されている面と、第２の屈折光学素子２１０ｂの第１の傾斜面２１１等が形成されている面とを向かい合わせて固着する構成。
（２）第１の屈折光学素子２１０ａの第１の傾斜面２１１等が形成されている面と、第２の屈折光学素子２１０ｂの一方の面２１４（平面側）とを向かい合わせて固着する構成。
（３）第１の屈折光学素子２１０ａの一方の面２１４（平面側）と、第２の屈折光学素子２１０ｂの一方の面２１４（平面側）とを向かい合わせて固着する構成。
【実施例２】
【００４６】
図１５−１は、実施例２の空間光変調装置の正面構成を示す。屈折光学素子１３１０以外の構成は上記実施例１で述べた空間光変調装置と同一なので重複する説明は省略する。本実施例では、一つの短冊状領域内のうち、中心ＣＴ近傍から一方の領域に第１の傾斜面１３１１（左下がりの斜線を付す）が形成されている。また、中心ＣＴ近傍から他方の領域に第２の傾斜面１３１３（右下がりの斜線を付す）が形成されている。第１の傾斜面１３１１と、第２の傾斜面１３１３とは短冊状の長手方向（ｘ軸方向）に沿って、それぞれ反対の方向へ傾斜している。さらに、第１の傾斜面１３１１と第２の傾斜面１３１３とに隣接して平坦面１３１２が形成されている。そして、これらの構成が繰り返して形成されている。屈折光学素子１３１０の断面構成を図１５−２に示す。第１の傾斜面１３１１と第２の傾斜面１３１３とで、平坦面１３１２に対して中心ＣＴ近傍で窪んだ谷状の形状をなしている。このような構成により、傾斜面の傾斜する方向の長さは十分に長いため、製造加工に十分な深さｄｐを得ることができる。
【実施例３】
【００４７】
図１６−１は、実施例３の空間光変調装置の正面構成を示す。屈折光学素子１４１０以外の構成は上記実施例１で述べた空間光変調装置と同一なので重複する説明は省略する。本実施例では、一つの短冊状領域内のうち、中心ＣＴ近傍から一方の領域に第１の傾斜面１４１１（左下がりの斜線を付す）が形成されている。また、中心ＣＴ近傍から他方の領域に第２の傾斜面１４１３（右下がりの斜線を付す）が形成されている。第１の傾斜面１４１１と、第２の傾斜面１４１３とは短冊状の長手方向（ｘ軸方向）に沿って、それぞれ反対の方向へ傾斜している。さらに、第１の傾斜面１４１１と第２の傾斜面１４１３とに隣接して平坦面１４１２が形成されている。そして、これらの構成が繰り返して形成されている。屈折光学素子１４１０の断面構成を図１６−２に示す。第１の傾斜面１４１１と第２の傾斜面１４１３とで、平坦面１４１２に対して中心ＣＴ近傍で凸となる山状の形状をなしている。このような構成により、傾斜面の傾斜する方向の長さは十分に長いため、製造加工に十分な高さｈｔを得ることができる。
【実施例４】
【００４８】
図１７−１は、実施例４の空間光変調装置の正面構成の一部を示す。本実施例では、上述した単位面積ａφにおける面積比を所望の値に設定する手順を説明する。図１７−１に示すように、短冊状の第１の傾斜面１５１１と、短冊状の平坦面１５１２と、短冊状の第２の傾斜面１５１３との面積はそれぞれ等しい。そして、２つの平坦面１５１２と、第１の傾斜面１５１１と、第２の傾斜面１５１３とを組み合わせてユニットＵ１とする。ユニットＵ１の面積を１とする場合、平坦面１５１２と第１の傾斜面１５１１と第２の傾斜面１５１３との面積比は、１／２：１／４：１／４となる。このため、図１７−２に示すように、ユニットＵ１を繰り返し配列して屈折光学素子１５１０を構成すれば、屈折光学素子１５１０において、平坦面１５１２の総面積と、第１の傾斜面１５１１の総面積と、第２の傾斜面１５１３の総面積との比は、１／２：１／４：１／４となる。このように、ユニットＵ１を構成する短冊状の平坦面１５１２の数量と、第１の傾斜面１５１１の数量と、第２の傾斜面１５１３の数量とを変更することで、面積比を所望の値に設定できる。この結果、スクリーン１１６における光量比を容易に制御することができる。
【００４９】
この場合、実施例１と同様にスクリーン１１６上での各投写像の光量の比率は図１４に示すように分布する。そして、隣接する周期領域像２４０Ｐは、ブラックマトリックス部２２０の投影像であるブラックマトリックス部像２２０Ｐ（図６）が相互に重なるように形成されている。このため、最終的にスクリーン１１６に投写される画像の光量は、周期領域像２４０Ｐにおいて全て１／４となる。従って、スクリーン１１６において、観察者がブラックマトリックス部２２０を認識することなく、均一な明るさで、かつスムーズでざらつき感の低減された画像を観察できる。
【実施例５】
【００５０】
図１８−１は、実施例５の空間光変調装置の正面構成の一部を示す。本実施例では、上述した単位面積ａφにおける面積比を所望の値に設定する他の手順を説明する。図１８−１に示すように、１つの短冊状の平坦面１６１２と、１つの短冊状の第２の傾斜面１６１３との面積はそれぞれ等しい。これに対して、１つの短冊状の平坦面１６１２の面積は、第１の傾斜面１６１１の２倍の面積である。そして、１つの平坦面１６１２と、１つの第１の傾斜面１６１１と、１つの第２の傾斜面１６１３とを組み合わせてユニットＵ２とする。ユニットＵ２の面積を１とする場合、平坦面１６１２と、第１の傾斜面１６１１と、第２の傾斜面１６１３との面積比は、１／２：１／４：１／４となる。このため、図１８−２に示すように、ユニットＵ２を繰り返し配列して屈折光学素子１６１０を構成すれば、屈折光学素子１６１０において、平坦面１６１２の総面積と、第１の傾斜面１６１１の総面積と、第２の傾斜面１６１３の総面積との比は、１／２：１／４：１／４となる。このように、ユニットＵ２を構成する短冊状の平坦面１５１２の面積と、第１の傾斜面１５１１の面積と、第２の傾斜面１５１３の面積とを変更することで、面積比を所望の値に設定できる。この結果、スクリーン１１６における光量比を容易に制御することができる。
【００５１】
本実施例の場合、実施例４と同様にスクリーン１１６上での各投写像の光量の比率は図１４に示すように分布する。そして、隣接する周期領域像２４０Ｐは、ブラックマトリックス部２２０の投影像であるブラックマトリックス部像２２０Ｐ（図６）が相互に重なるように形成されている。このため、最終的にスクリーン１１６に投写される画像の光量は、周期領域像２４０Ｐにおいて全て１／４となる。また、各屈折部による投影像は隣接する直接透過像からの光の足し合わせとなるため、隣接する直接投影像間の中間調となる新しい画素を形成するような状態になる。従って、スクリーン１１６において、観察者がブラックマトリックス部２２０を認識することなく、均一な明るさで、かつスムーズでざらつき感の低減された画像を観察できる。
【００５２】
以上説明したように、本発明によれば、観察者がブラックマトリックス部２２０を認識することなく、均一な明るさで、かつスムーズでざらつき感の低減された画像を観察できる。また、屈折光学素子の傾斜面は、短冊状の長手方向に傾斜しているので、微小な傾斜角度の場合でも、傾斜面の高さ又は深さを十分に確保することができる。この結果、小さな傾斜角度の傾斜面を容易に製造できる。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
以上のように、本発明に係る空間光変調装置は、ブラックマトリックス等の遮光部を有する空間光変調装置に有用であり、特に、液晶型の空間光変調装置に適している。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】実施例１のプロジェクタの概略構成図。
【図２】実施例１のプロジェクタの空間光変調装置の斜視図。
【図３−１】第１の屈折光学素子の斜視図。
【図３−２】第２の屈折光学素子の斜視図。
【図４−１】第１の屈折光学素子の上面図。
【図４−２】第１の傾斜面の説明図。
【図４−３】第２の傾斜面の説明図。
【図４−４】平坦面の説明図。
【図４−５】第１の屈折光学素子の断面図。
【図５】ブラックマトリックス形成層の平面図。
【図６】第１の屈折光学素子の投写像の図。
【図７】傾斜面と開口部との位置関係を示す図。
【図８】屈折角度の説明図。
【図９】投写像の平面図。
【図１０−１】第２の屈折光学素子の上面図。
【図１０−２】第２の屈折光学素子による投写像の図。
【図１１】第１と第２の屈折光学素子の投写像の図。
【図１２】単位面積を説明する図。
【図１３】単位面積における傾斜面の上面図。
【図１４】投写像の光量分布図。
【図１５−１】実施例２の屈折光学素子の上面図。
【図１５−２】実施例２の屈折光学素子の断面図。
【図１６−１】実施例３の屈折光学素子の上面図。
【図１６−２】実施例３の屈折光学素子の断面図。
【図１７−１】実施例４の屈折光学素子の上面図。
【図１７−２】実施例４の屈折光学素子の断面図。
【図１８−１】実施例５の屈折光学素子の上面図。
【図１８−２】実施例５の屈折光学素子の断面図。
【符号の説明】
【００５５】
１００  プロジェクタ、１０１  超高圧水銀ランプ、１０４  インテグレータ、１０５  偏光変換素子、１０６Ｒ  Ｒ光透過ダイクロイックミラー、１０６Ｇ  Ｇ光透過ダイクロイックミラー、１０７  反射ミラー、１０８  リレーレンズ、１１０Ｒ  Ｒ光用空間光変調装置、１１０Ｇ  Ｇ色光用空間光変調装置、１１０Ｂ  Ｂ色光用空間光変調装置、１１２  クロスダイクロイックプリズム、１１２ａ  ダイクロイック膜、１１２ｂ  ダイクロイック膜、１１４  投写レンズ、１１６  スクリーン、１２０Ｒ  液晶パネル、１２０Ｇ  液晶パネル、１２０Ｂ  液晶パネル、１２１Ｒ  第１偏光板、１２１Ｇ  第１偏光板、１２１Ｂ  第１偏光板、１２２Ｒ  第２偏光板、１２２Ｇ  第２偏光板、１２２Ｂ  第２偏光板、１２３Ｒ  λ/２位相差板、１２３Ｂ  λ/２位相差板、１２４Ｒ  ガラス板、１２４Ｂ  ガラス板、２０１  入射側防塵透明プレート、２０２  対向基板、２０３  ブラックマトリックス形成層、２０４  液晶層、２０５  ＴＦＴ基板、２１０ａ  第１の屈折光学素子、２１０ｂ  第２の屈折光学素子、２１１  第１の傾斜面、２１２  平坦面、２１２ａ  面、２１３  第２の傾斜面、２１４  他方の面、２２０  ブラックマトリックス部、２２０Ｐ  ブラックマトリックス部像、２３０  開口部、２３０Ｐ  開口部像、２３０Ｐａ  開口部像、２３０Ｐｂ  開口部像、２４０  周期領域、２４０Ｐ  周期領域像、１３１０  屈折光学素子、１３１１  第１の傾斜面、１３１２  平坦面、１３１３  第２の傾斜面、１４１０  屈折光学素子、１４１１  第１の傾斜面、１４１２  平坦面、１４１３  第２の傾斜面、１５１０  屈折光学素子、１５１１  第１の傾斜面、１５１２  平坦面、１５１３  第２の傾斜面、１６１０  屈折光学素子、１６１１  第１の傾斜面、１６１２  平坦面、１６１３  第２の傾斜面、ａφ  単位面積、ＣＬ  中心線、ＣＬＰ  中心線像、ＣＰ  交点、ＣＴ  中心、ＩＬＬ  照明系、ＰＬ  投写系
【図１】
2005070633.tif 000003
【図２】
2005070633.tif 000004
【図３−１】
2005070633.tif 000005
【図３−２】
2005070633.tif 000006
【図４−１】
2005070633.tif 000007
【図４−２】
2005070633.tif 000008
【図４−３】
2005070633.tif 000009
【図４−４】
2005070633.tif 000010
【図４−５】
2005070633.tif 000011
【図５】
2005070633.tif 000012
【図６】
2005070633.tif 000013
【図７】
2005070633.tif 000014
【図８】
2005070633.tif 000015
【図９】
2005070633.tif 000016
【図１０−１】
2005070633.tif 000017
【図１０−２】
2005070633.tif 000018
【図１１】
2005070633.tif 000019
【図１２】
2005070633.tif 000020
【図１３】
2005070633.tif 000021
【図１４】
2005070633.tif 000022
【図１５−１】
2005070633.tif 000023
【図１５−２】
2005070633.tif 000024
【図１６−１】
2005070633.tif 000025
【図１６−２】
2005070633.tif 000026
【図１７−１】
2005070633.tif 000027
【図１７−２】
2005070633.tif 000028
【図１８−１】
2005070633.tif 000029
【図１８−２】
2005070633.tif 000030