(57)【要約】【課題】  コントラスト比の向上が可能なマイクロレンズや凹面形状部を有する空間光変調装置を備えたプロジェクタ装置を提供する。【解決手段】  空間光変調装置の画素配列に対向配置される複数のマイクロレンズ１２を有して個々のマイクロレンズ１２の動径方向に長い方向（例えば、ｃＤの方向）を当該マイクロレンズ１２に入射する直線偏光光の振動方向１８に一致させるようにマイクロレンズアレイを配設することで、空間光変調装置のマイクロレンズアレイの偏光解消の生じない（或いは少ない）位置を、入射する直線偏光光の振動方向１８に一致させているので、偏光解消を低減でき、コントラスト比の向上が可能なプロジェクタ装置を提供することができる。【選択図】    図３
2005352391.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
照明用光源と、
その照明光を画像情報に基づいて空間光変調して画像光として出射する空間光変調装置と、
この空間光変調装置に対する照明光を直線偏光光として偏光成分を揃えて入射させる集光光学系と、
前記空間光変調装置から出射される画像光をスクリーン上に投影する投影光学系と、
を備え、
前記空間光変調装置は、当該空間光変調装置の画素配列に対向配置される複数のマイクロレンズを有して個々のマイクロレンズの動径方向に長い方向を当該マイクロレンズに入射する直線偏光光の振動方向に一致させたマイクロレンズアレイを備える、ことを特徴とするプロジェクタ装置。
【請求項２】
前記マイクロレンズのレンズ形状は非球面であることを特徴とする請求項１記載のプロジェクタ装置。
【請求項３】
照明用光源と、
その照明光を画像情報に基づいて空間光変調して画像光として出射する空間光変調装置と、
この空間光変調装置に対する照明光を直線偏光光として偏光成分を揃えて入射させる集光光学系と、
前記空間光変調装置から出射される画像光をスクリーン上に投影する投影光学系と、
を備え、
前記空間光変調装置は、当該空間光変調装置の画素配列をなす複数の凹面形状部を有して個々の凹面形状部の動径方向に長い方向を当該凹面形状部に入射する直線偏光光の振動方向に一致させた凹面ミラーアレイを備える、ことを特徴とするプロジェクタ装置。
【請求項４】
前記凹面形状部の形状は非球面であることを特徴とする請求項３記載のプロジェクタ装置。
【請求項５】
前記空間光変調装置は、光軸を中心として回転可能に設けられていることを特徴とする請求項１ないし４の何れか一記載のプロジェクタ装置。
【請求項６】
前記空間光変調装置を、光軸を中心として回転させる回転機構を備えることを特徴とする請求項１ないし５の何れか一記載のプロジェクタ装置。
【請求項７】
前記空間光変調装置から出射される画像光の光路を偏向して前記空間光変調装置の見掛け上の画素数を増倍させる光路シフト装置を備える請求項６記載のプロジェクタ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空間光変調装置を用いたプロジェクタ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、プロジェクタ装置に用いられる反射型液晶空間光変調装置にマイクロレンズアレイを設置したものが例えば特許文献１により提案されている。
【０００３】
また、一般にこの種の液晶空間光変調装置用の液晶表示パネルに用いられる画素電極は平面であるが、画素電極を湾曲面とした液晶素子が例えば特許文献２により提案されている。
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−２５８５８５号公報
【特許文献２】特開２００１−６６６１８公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の反射型液晶プロジェクタの基本的な光学系を図１１に示す。図１１に示す光学系は、照明用光源１０１、集光光学系１０２、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）１０３、反射型液晶空間光変調装置１０４及び投射光学系１０５からなり、表示画像を投影するスクリーン１０６が含まれる。
【０００６】
図１１において、集光光学系１０２は単レンズのみの状態で略図的に描いてあるが、実際にはこれ以外にも、複数のフライアイレンズ（蝿の目レンズ）を用いた光インテグレータ、及び、ＰＢＳ薄膜及びミラー等からなる偏光変換光学系等も含まれる。また、色分離光学系も装置に含まれる。光インテグレータは、発光むらのある光源１０１から出る光束を一様にする働きを持つ。偏光変換光学系は、光源１０１から出た無偏光の光をＰ偏光（或いは、Ｓ偏光）なる直線偏光光に揃える働きを持つ。光源１０１はハロゲンランプや超高圧水銀ランプなどであり、白色光が放出される。この白色光は、ダイクロイックミラー等の色分離光学系により、光の３原色である、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）に分離された後、反射型液晶空間光変調装置１０４に入射される。
【０００７】
プロジェクタ装置において、反射型液晶空間光変調装置１０４を各色毎に３つ使ったものを３板式と呼ぶ。これに対して、反射型液晶空間光変調装置１０４を１つだけ使ったものは単板式といわれ、フィールドシーケンシャル方式により、白色光から時間分割で、Ｒ、Ｇ、Ｂを取り出す。何れの方式においてもＰＢＳ１０３が反射型液晶空間光変調装置１０４の前面に設置される。このＰＢＳ１０３は反射型液晶空間光変調装置１０４から出射した後ＰＢＳ１０３に入射する直線偏光光の偏光状態に応じて、透過或いは反射を行う。
【０００８】
図１１の光学系構成を基に説明すると、反射の場合、直線偏光光は集光光学系１０２側に戻り、投射光学系１０５又はスクリーン１０６側には行かず、これが暗状態となる。また、透過の場合、直線偏光光は投射光学系１０５を経てスクリーン１０６に到達し、これが明状態となる。ＰＢＳ１０３に入射するときの偏光状態は、反射型液晶空間光変調装置１０４における液晶のスイッチングによる。ここで、この明状態と暗状態との強度比（明状態／暗状態）を、「コントラスト比」という。コントラス比はプロジェクタ装置の性能の一つであり、高い方（大きい方）が良い。なお、ここでは２つの直交する直線偏光光のみ（Ｐ偏光とＳ偏光）で説明したが、これは理想的な状態である。
【０００９】
また、反射型空間光変調装置１０４においては、画像表示用の画素配列をなす画素アレイが設けられている。光軸を紙面に垂直にとり、当該装置を光軸方向から見た模式図を図１２に示す。これは、正方形の画素が配列されたものとして描いてある。省略して描いているが、実際にはＸＧＡ規格のもので、この画素配列が１０２４×７６８ある。この画素は、一つで反射鏡（平面）と電極との両方の役割を果す（画素電極）。これには、可視光に対する反射率と、導電率が高い金属が用いられる。安価で安定なＡｌが良く使われる。また、ＡｌとＣｕなどの合金も用いられる。また、図１２にはｘｙｚ直交座標を示してある。ｚ軸は紙面に垂直な方向であり、光軸はこのｚ軸方向であり、反射型空間光変調装置１０４の中心にあるとする。また、ｘ，ｙ軸は、空間光変調装置１０４の横方向（長手方向）と縦方向（短手方向）とに各々平行である。また、ｘ，ｙ軸は正方形の画素の直交する２つの辺とも平行である。
【００１０】
また、従来技術において、特許文献１によれば、反射型液晶空間光変調装置にマイクロレンズアレイを設置したものが提案されている。この提案例によれば、マイクロレンズを画素電極に対向配置させることにより、本来は発散していく光をマイクロレンズにより集光させ、画素電極のより狭い領域に光を効率良く集め、また、光を液晶分子の配向に乱れがある部分を避けて通させ、画質の向上を図る、或いは出射光のＦ値を制御し、光利用効率の向上を図る効果があるとされている。
【００１１】
しかしながら、このような構成においては、マイクロレンズを使用することにより後述するような偏光解消があり、これがコントラスト比を低下させる要因となる。
【００１２】
いま、直線偏光光がマイクロレンズに入射することを考える。直線偏光光の電場の振動方向（偏光主軸）は、レンズの曲面により、その度合いに応じて回転する。これが、「偏光解消」と呼ばれる。このとき、直線偏光光から楕円偏光光となる。いま、図１３に示すようにマイクロレンズ（３×３のアレイとして描いてある）１１１の形状（入射方向に垂直な面の形状）が正方形であり、入射する直線偏光光の電場の振動方向１１２（図中矢印）が、ｙ軸方向と一致しているとする。このとき、偏光解消はマイクロレンズ１１１上の線分１１３，１１４（図中破線）では起こらない（１つのマイクロレンズ１１１で説明しているが、隣接するマイクロレンズでも同様）。線分１１３，１１４以外のところでは、マイクロレンズ１１１の頂点（中心）から動径方向に沿って離れるに従い、偏光主軸の回転は大きくなり、マイクロレンズ１１１の形状が正方形である場合、偏光解消が最も大きくなるのは、対角四隅においてである。
【００１３】
偏光解消により生じた楕円偏光光が、ＰＢＳ１０３に入射すると、反射（或いは、透過）が正確に行われない。本来、ＰＢＳ１０３により反射（或いは、透過）される光が、透過（或いは、反射）され、漏れ光となる。これは、暗状態の程度を下げることとなり、即ち、コントラスト比が低下する。
【００１４】
上記の従来例では、画素電極は平面であるが、特許文献２によれば、画素電極を湾曲面とした液晶素子が提案されている。画素電極が平面であれば、発散していく成分を持つ照明光は、画素電極で反射された後、発散されながら出射される。しかし、画素電極が湾曲面であれば、光を効率良く集光することができ、明るくコントラスト比が高くなるとされている。画素電極と、液晶層を挟んで設けられる透明電極との間に電圧を印加して、液晶を駆動させる。
【００１５】
このときに、画素電極が湾曲していれば、電界は、液晶層に均一にかからず、液晶分子の配向にむらが生じ、画質が劣化することが考えられる。
【００１６】
本発明の目的は、コントラスト比の向上が可能なマイクロレンズや凹面形状部を有する空間光変調装置を備えたプロジェクタ装置を提供することである。
【００１７】
本発明の目的は、加えて、コントラスト比を向上させための機構を有する空間光変調装置を備えたプロジェクタ装置を提供することである。
【００１８】
本発明の目的は、より一層のコントラスト比の向上が可能なマイクロレンズや凹面形状部を有する空間光変調装置を備えたプロジェクタ装置を提供することである。
【００１９】
本発明の目的は、見掛け上の画素数の増大が可能で、コントラスト比の向上が可能なプロジェクタ装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
請求項１記載の発明のプロジェクタ装置は、照明用光源と、その照明光を画像情報に基づいて空間光変調して画像光として出射する空間光変調装置と、この空間光変調装置に対する照明光を直線偏光光として偏光成分を揃えて入射させる集光光学系と、前記空間光変調装置から出射される画像光をスクリーン上に投影する投影光学系と、を備え、前記空間光変調装置は、その画素配列に対向配置される複数のマイクロレンズを有して個々のマイクロレンズの動径方向に長い方向を当該マイクロレンズに入射する直線偏光光の振動方向に一致させたマイクロレンズアレイを備える。
【００２１】
請求項２記載の発明は、請求項１記載のプロジェクタ装置において、前記マイクロレンズのレンズ形状は非球面である。
【００２２】
請求項３記載の発明のプロジェクタ装置は、照明用光源と、その照明光を画像情報に基づいて空間光変調して画像光として出射する空間光変調装置と、この空間光変調装置に対する照明光を直線偏光光として偏光成分を揃えて入射させる集光光学系と、前記空間光変調装置から出射される画像光をスクリーン上に投影する投影光学系と、を備え、前記空間光変調装置は、その画素配列をなす複数の凹面形状部を有して個々の凹面形状部の動径方向に長い方向を当該凹面形状部に入射する直線偏光光の振動方向に一致させた凹面ミラーアレイを備える。
【００２３】
請求項４記載の発明は、請求項３記載のプロジェクタ装置において、前記凹面形状部の形状は非球面である。
【００２４】
請求項５記載の発明は、請求項１ないし４の何れか一記載のプロジェクタ装置において、前記空間光変調装置は、光軸を中心として回転可能に設けられている。
【００２５】
請求項６記載の発明は、請求項１ないし５の何れか一記載のプロジェクタ装置において、前記空間光変調装置を、光軸を中心として回転させる回転機構を備える。
【００２６】
請求項７記載の発明は、請求項６記載のプロジェクタ装置において、前記空間光変調装置から出射される画像光の光路を偏向して前記空間光変調装置の見掛け上の画素数を増倍させる光路シフト装置を備える。
【発明の効果】
【００２７】
請求項１記載の発明によれば、空間光変調装置のマイクロレンズアレイの偏光解消の生じない（或いは少ない）位置を、入射する直線偏光光の振動方向に一致させているので、偏光解消を低減でき、コントラスト比の向上が可能なプロジェクタ装置を提供することができる。
【００２８】
請求項２記載の発明によれば、マイクロレンズの形状を非球面にすることにより、さらに偏光解消を低減でき、さらにコントラスト比の向上が可能なプロジェクタ装置を提供することができる。
【００２９】
請求項３記載の発明によれば、空間光変調装置の凹面形状の画素アレイの偏光解消の生じない（或いは少ない）位置を、入射する直線偏光光の偏光方向に一致させているので、偏光解消を低減でき、コントラスト比の向上が可能なプロジェクタ装置を提供することができる。
【００３０】
請求項４記載の発明によれば、凹面形状の画素の形状を非球面にすることにより、さらに偏光解消を低減でき、さらにコントラスト比の向上が可能なプロジェクタ装置を提供することができる。
【００３１】
請求項５記載の発明によれば、空間光変調装置が光軸を中心に回転可能に設けられているので、入射する直線偏光光に対して、当該空間光変調装置を偏光解消が生じない（或いは少ない）位置に合わせることができるため、偏光解消を低減でき、コントラスト比の向上が可能なプロジェクタ装置を提供することができる。
【００３２】
請求項６記載の発明によれば、回転機構により、入射する直線偏光光に対して、当該空間光変調装置を偏光解消が生じない（或いは少ない）位置に合わせることができるため、偏光解消を低減でき、コントラスト比の向上が可能なプロジェクタ装置を提供することができる。
【００３３】
請求項７記載の発明によれば、光路シフト装置をプロジェクタ装置に設置することで、画素から出射する光をシフトさせながら投射できるため、見掛け上の画素数の増大、高精細化画像が可能なプロジェクタ装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
本発明を実施するための最良の形態について図面を参照して説明する。図１は本実施の形態のプロジェクタ装置の基本的な光学系構成例を示す概略平面図である。本実施の形態のプロジェクタ装置は、反射型液晶プロジェクタとして構成されており、概略的には、照明用光源１、集光光学系２、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）３、反射型液晶空間光変調装置（空間光変調装置）４及び投射光学系５からなり、表示画像を投影するスクリーン６が含まれる。即ち、基本的には図１１に示した従来のプロジェクタ装置と同様な光学系構成とされている。
【００３５】
従って、図１においても、集光光学系２は単レンズのみの状態で略図的に描いてあるが、実際にはこれ以外にも、複数のフライアイレンズ（蝿の目レンズ）を用いた光インテグレータ、及び、ＰＢＳ薄膜及びミラー等からなる偏光変換光学系等も含まれる。また、色分離光学系も装置に含まれる。光インテグレータは、発光むらのある光源１から出る光束を一様にする働きを持つ。偏光変換光学系は、光源１から出た無偏光の光をＰ偏光（或いは、Ｓ偏光）なる直線偏光光に揃える働きを持つ。光源１はハロゲンランプや超高圧水銀ランプなどであり、白色光が放出される。この白色光は、ダイクロイックミラー等の色分離光学系により、光の３原色である、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）に分離された後、反射型液晶空間光変調装置４に入射される。
【００３６】
このようなプロジェクタ装置において、反射型液晶空間光変調装置４を各色毎に３つ使ったものを３板式と呼ぶ。これに対して、反射型液晶空間光変調装置４を１つだけ使ったものは単板式といわれ、フィールドシーケンシャル方式により、白色光から時間分割で、Ｒ、Ｇ、Ｂを取り出す。何れの方式においてもＰＢＳ３が反射型液晶空間光変調装置４の前面に設置される。このＰＢＳ３は反射型液晶空間光変調装置４から出射した後ＰＢＳ３に入射する直線偏光光の偏光状態に応じて、透過或いは反射を行う。
【００３７】
ここで、本実施の形態においては、反射型液晶空間光変調装置４では図２に示すようにマイクロレンズアレイ１１が一体に設けられている。このマイクロレンズアレイ１１は、多数のマイクロレンズ１２を２次元アレイ状に配列させてなり、反射型液晶空間光変調装置４を構成する反射型液晶パネル１３（基板１４上に２次元アレイ状の平坦な画素電極１５を配列させ、液晶層１６を積層させてなる）に対して個々のマイクロレンズ１２が画素電極１５による画素配列に対向するように接着剤層１７によって一体に接着されている。
【００３８】
このような基本的な構成に加え、本実施の形態では、マイクロレンズアレイ１１とこのマイクロレンズアレイ１１に入射する直線偏光光の振動方向との関係に特長があり、偏光解消の低減が可能となるようにその配置関係が設定されている。その原理を図３により説明する。本実施の形態のマイクロレンズ１２は入射方向に垂直な面の形状は正方形となるように形成されており、その一つのマイクロレンズ１２を抽出して示すと図３のように表すことができる。このようなマイクロレンズ１２に関して、その動径方向は正方形の中心ｃと正方形の辺のある点（或いは頂点）Ｒとを直線で結んだ方向であり、長さは線分ｃＲである。正方形において、動径方向で一番短いのは辺の半分（ｃｘ、ｃｙ）であり、最も長いのは、対角線の半分（ｃＤ）である。いま、この正方形（マイクロレンズ１２）に入射する直線偏光の振動方向を１８で示すと、正方形（マイクロレンズ１２）の対角線方向と一致している。もっとも、必ずしも対角線方向と一致する必要はなく、ｃｘ（ｃｙ）とｃＤとのなす角度の間にあってもよい。
【００３９】
このような原理を空間光変調装置４に拡張して示すと図４のように表すことができる。即ち、空間光変調装置４の長手、短手方向が各々座標軸のｘ，ｙ軸方向と一致しており、画素配列に対応させたマイクロレンズアレイ１１のマイクロレンズ１２の対角線方向（動径方向に長い方向）がｘ，ｙ軸と一致している。また、入射する直線偏光光の振動方向１８は、マイクロレンズ１２の対角線方向と一致している。
【００４０】
このような構成によれば、空間光変調装置４のマイクロレンズアレイ１１の偏光解消の生じない（或いは少ない）位置を、入射する直線偏光光の振動方向１８に一致させているので、偏光解消を低減でき、コントラスト比の向上が可能なプロジェクタ装置を提供することができる。
【００４１】
ところで、本実施の形態において、マイクロレンズアレイ１１を構成するマイクロレンズ１２の形状を球面状ではなく非球面形状にすれば、さらに偏光解消を低減することができる。即ち、コーニック定数、高次の非球面係数を導入し非球面形状にすれば、同じ曲率半径であっても、球面の場合と比較して、より平面に近付けることができ、その分だけ偏光解消を低減、コントラスト比を向上させることができる。直線偏光光が入射する面が平面である場合、偏光解消は生じない。いま、あるマイクロレンズの形状がどれだけ平面に近いか幾何学的に考える。レンズ曲面のある点での微分係数を考え、それをレンズ全面で積分したものを導入する。これを「平坦化度」と呼ぶことにする。この平坦化度は完全に平面のとき零となり、それから外れるに従い大きくなる。零の場合、高コントラスト比となる。マイクロレンズ１２の入射方向に垂直な面の形状が正方形で、その一辺の長さが１４μｍとする。曲率半径ｒを１０μｍとする。このときの平坦化度は３３．６である（任意単位とする）。これに対して、曲率半径ｒが同じでコーニック定数ｃが−２．０の場合、平坦化度は２４．２である。さらに、曲率半径ｒが同じでコーニック定数ｃが−６．０のとき平坦角化度は１７．９である。また、曲率半径ｒが同じでコーニック定数ｃが−６．０、４次の非球面係数が−０．００００５のときは１５．６となる。このように、非球面形状にすることにより平坦化度を小さくでき、コントラスト比を向上させることができる。
【００４２】
ところで、前述の説明では、反射型液晶空間光変調装置４にマイクロレンズアレイ１１を一体化させた場合への適用例として説明したが、いわゆるマイクロミラーアレイを一体化させた凹面鏡画素構造の場合でも同様に適用することができる。図５はこの場合の反射型液晶空間光変調装置４Ａの構成例を示す原理的な断面構成図である。即ち、基板２１上に当該反射型液晶空間光変調装置４Ａの画素配列をなす複数の凹面鏡（凹面形状部）２２が２次元アレイ状に配列された凹面ミラーアレイ２３が設けられ、平坦化層（透光性部材）２４を介して透明電極２５、液晶層２６、透明電極２７及びカバーガラス２８を順次積層させることにより構成されている。
【００４３】
このような凹面ミラーアレイ２３に関しても、当該空間光変調装置４Ａの画素配列をなす複数の凹面鏡２２を有して個々の凹面鏡２２の動径方向に長い方向を当該凹面鏡２２に入射する直線偏光光の振動方向に一致させるように配設されている。
【００４４】
ここに、凹面鏡２２は基板２１にドライエッチングなどの手法で形成した凹面にＡｌなどの反射率の高い金属を蒸着して作製する。平坦化層２４は、ＳｉＯ２などの透光性のある部材を充填して、化学的機械的研磨などの精密研磨手法により平坦化する。透明電極２５，２７はＩＴＯ（Ｉｎ２Ｏ３−ＳｎＯ２）、ＺｎＯ等である。平坦な透明電極２５，２７で液晶層２６を挟むことにより、液晶に均一電圧を印加することが可能となる。凹面鏡２２とマイクロレンズ１２とを比較した場合、同等の集光性能を出すのに、凹面鏡２２のほうが曲率半径が大きくともよい利点がある。曲率半径が大きいと、それはより平面に近づくことであり、偏光解消のさらなる低減、またコントラスト比のさらなる向上が可能となる。また、曲率半径が大きく、このため球面収差を低減でき、凹面鏡２２であるため色収差の影響もなく、画質の向上も図れる。
【００４５】
このような凹面鏡２２に関してもその形状を非球面にすることにより、マイクロレンズ１２の場合と同様に、さらに偏光解消を低減することができる。コーニック定数、高次の非球面係数を導入し非球面形状にすれば、同じ曲率半径であっても、球面の場合と比較して、より平面に近付けることができ、その分だけ偏光解消を低減、コントラスト比を向上させることができる。
【００４６】
ところで、個々のマイクロレンズ１２（凹面鏡２２の場合も同様）の動径方向に長い方向を当該マイクロレンズ１２に入射する直線偏光光の振動方向１８に一致させるための構成としては、反射型液晶空間光変調装置４を光軸中心に回転可能に設け、回転機構により回転可能とすることがより現実的である。図６はそのための構成例を示す。
【００４７】
反射型液晶空間光変調装置４が、回転機構３１（例えば、回転ステージ）に設置されて設けられている。このとき、ｘｙｚ座標は図中に示すようであり、光軸は反射型液晶空間光変調装置４の中心であり、これが回転の中心でもある。ここで、ｙ軸に平行な直線偏光光３２が反射型液晶空間光変調装置４に入射する。従来のプロジェクタ装置においては、空間光変調装置の長手方向がｘ軸方向に、その短手方向がｙ軸方向に固定されているが、本実施の形態によれば、このような回転機構３１を設けることにより、反射型空間光変調装置４を光軸回りに回転させることができ、これは入射する直線偏光光の偏光主軸の方向１８に対して、装置を任意の位置に置くことができる利点を持つ。このとき回転するのは、反射型液晶空間光変調装置４のみである。もっとも、この回転した状態で画像をスクリーン６に投射すると、回転した画像となり見づらいので、プロジェクタ装置自体にも回転機構を持たせ、空間光変調装置４の回転角と同じく、かつ、回転方向は逆にして設置させればよい。
【００４８】
ここで、上述したような構成例を踏まえ、偏光解消低減、コントラスト比向上の作用について説明する。即ち、マイクロレンズアレイ１１を有する空間光変調装置４を回転させないときと４５°回転させたときの、光軸方向からみた、１画素（＝マイクロレンズ１２）の模式的な様子を各々図７（ａ）、（ｂ）に示す。この図では、入射する直線偏光光の振動方向を１８で示している（図中矢印）。画素（＝マイクロレンズ１２）は正方形でその一辺の長さをｄとする。図７（ａ）が従来の配置であり、正方形のマイクロレンズ１２の辺の方向は、座標のｘ，ｙ軸と一致している。これに対して４５度回転させた場合が図７（ｂ）である。ここでは、正方形のマイクロレンズ１２の対角線の方向が、座標のｘ，ｙ軸方向と一致する。上述のようにマイクロレンズ１２において偏光解消が生じない位置（領域）があり（図１３の１１３、１１４）、４５度回転させた場合、この偏光解消が生じない領域が拡大することになる（幾何学的には線分が長くなっている）。正方形の一辺の長さがｄであり、その対角線の長さは、√２ｄである。線分で考えるとこの分だけ、偏光解消が低減する。実際にはこの線分だけでなく、近傍でも、偏光解消が起こらないことはないが、連続的に程度が小さくなる領域がある。マイクロレンズ全面（アレイ１１全面）では、その面積に応じた偏光解消低減効果が得られる。偏光解消の低減は、コントラスト比の向上をもたらす。
【００４９】
ところで、マイクロレンズ１２（凹面鏡２２の場合も同様）の曲率半径ｒが、目的に対して、適正であれば、当該マイクロレンズ１２により形成された観察面での照度分布は、空間光変調装置４の１画素のサイズ或はマイクロレンズ１２のサイズ（ここでは、１４μｍ×１４μｍとしている）よりも小さくなる。これを、投射レンズによりスクリーン６に（拡大）投影すると、１４μｍ×１４μｍサイズの１画素を（拡大）投影するよりも、小さな画素（画像）を投影することとなり、画像の高精細化が可能となる。この効果を、ここでは、「画素縮小」と呼ぶことにする。また、スクリーンに投射したこの像を、ここでは、「投射縮小画素」と呼ぶことにする。
【００５０】
スクリーン６に投射された投射縮小画素は、その縮小の度合い（「縮小率」と呼ぶことにする）が、さほど大きくなければ画質の劣化は気にならない。しかしながら、縮小率が小さくなると、スクリーン上で隣接する投射縮小画素間に隙間の生じる画像となる。これは、見づらい画像であろう。
【００５１】
このような、投射縮小画素間の隙間を埋め合わせる手段として、ピクセルシフト装置（或いは、光路シフト装置）が、例えば特開２００２−１７４８５２公報により提案されている。これは、空間光変調装置から、スクリーンに向って出射する光束を空間的に変位（シフト）させ、スクリーン上での投射位置を変化させるものである。スクリーン上の左右上下方向にシフトさせれば、上記の隙間を埋めることができる。また、縮小率を１／２として、シフト量を画素サイズの１／２とすれば、４倍の画素数の実現が可能となる。
【００５２】
このピクセルシフト装置（光路シフト装置）の一例として、機械的駆動による装置の例を図８に示す。図８は光軸方向に見た図を示している。この例では画像表示装置の画素から出射した光の光路を変調させる手段としてピエゾ素子を用いている。これはピエゾ素子を用いて空間光変調素子（画像表示パネル）自体を機械的に動かすようにした例である。装置自体が動くため画素も動くことになる。ピエゾ素子を用いれば画素サイズが１０数μｍ以下であってもそれ以下の光路のシフトを行うことができる。これは、空間光変調装置（画像表示パネル）４に対して縦方向（ｙ方向）シフト用のピエゾ素子４２、横方向（ｘ方向）シフト用のピエゾ素子４３を設置し周期的に動かせばよい。４４はＬ字形状の治具である。３１は空間光変調装置４を回転させる回転機構である。
【００５３】
図９は、図８に示したピクセルシフト装置（光路シフト装置）を利用した場合のスクリーン６上での投射像の画素増大効果を生ずる動きを模式的に示したものである。投射画像は、光路シフト装置により、図９に示すように時分割で投射されて、結果的に図１０に示すように高精細・高解像度の画像となる。
【００５４】
いま、マイクロレンズ１２により集光され出射される光束の最も細い位置で、光軸に垂直な面を投射光学系５の投射レンズの物面とし、その面内での照度分布を縮小された画素（縮小画素）と定義し、この縮小画素をスクリーン６に投影すると、その縮小画素の大きさは、画素のある位置の面を投射レンズの物面として、画素をスクリーン６に投影した場合よりも、小さくなる（画素縮小）。このとき、マイクロレンズ１２による縮小画素の、画素サイズに対する比、画素サイズの縮小率をαとする。本実施の形態では当該縮小率αを１／２としている。画素が正方形であり理想的に縮小されたとして、正方形の縮小像となっている。
【００５５】
始めに動いていない初期状態を図９（ａ）、次にｙ方向に空間光変調装置の画素サイズの１／２シフトさせた状態を図９（ｂ）（例えば、画素サイズを１４μｍとすればΔｘ、Δｙ＝７μｍ）、そこからｘ方向に画素サイズの１／２シフトさせた状態を図９（ｃ）、続いて、図９（ａ）とは反対の方向（マイナス−で表示）に画素サイズの１／２シフトさせた状態を図９（ｄ）、続いて、図９（ｃ）とは反対方向の方向にシフトさせた状態を図９（ｅ）、最後にｙ方向に画素サイズの１／２シフトさせた状態を図９（ｆ）とすることで、当初の図９（ａ）の状態に戻る。
【００５６】
この結果、これらのシフト動作の周期が速ければ画像のちらつき、フリッカーを感じることなしに、図１０に示すように、画素の１辺のサイズが１／２、密度が４倍の高精細化画像が実現できる。また、この例では画像表示装置と光軸シフト装置とが一つのデバイスとなるため、光学系を拡張させて光路変調装置を挿入する必要がなくなり、装置の小型化につながる。なお、上記の例は、ｘ，ｙの２方向に動かしているが、ｘ或いはｙの何れか一方向のみのシフトであっても構わない。この場合、画素は２倍増加する。
【００５７】
また、本発明で必要とする光路シフト装置は、光路を空間座標的にシフトできる装置であればよく、図８に示したように機械的に反射型空間光変調装置４を直接移動させる以外にも、液晶を使って光路をシフトさせる方式も有効である。この場合、光学系の何れかの場所に光路シフト装置を挿入することになる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の一実施の形態のプロジェクタ装置の基本的な光学系構成例を示す概略平面図である。
【図２】マイクロレンズアレイを有する反射型液晶空間光変調装置の構成例を示す断面構成図である。
【図３】マイクロレンズの動径方向と直線偏光光の振動方向との関係を示す説明図である。
【図４】図３の関係を空間光変調装置に拡張して示す正面図である。
【図５】凹面ミラーアレイを有する反射型液晶空間光変調装置の構成例を示す断面構成図である。
【図６】回転機構を含む空間光変調装置の構成例を示す概略斜視図である。
【図７】空間光変調装置を回転させない場合と４５度回転させた場合とで光軸方向からみた、１画素の模式的な様子を示す説明図である。
【図８】光路シフト装置の構成例を示す概略正面図である。
【図９】スクリーン上の画素の投影像の動きの様子を順に示す模式図である。
【図１０】その増倍効果を示す模式図である。
【図１１】従来のプロジェクタ装置の基本的な光学系構成例を示す概略平面図である。
【図１２】その反射型空間光変調装置に関してｘ，ｙｚ直交座標系で示す正面図である。
【図１３】直線偏光光についての偏光解消に関する説明図である。
【符号の説明】
【００５９】
１      照明用光源
２      集光光学系
４      空間光変調装置
５      投影光学系
６      スクリーン
１１      マイクロレンズアレイ
１２      マイクロレンズ
１８      振動方向
２２      凹面形状部
２３      凹面ミラーアレイ
３１      回転機構
【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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