(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
透過光もしくは反射光の強度を空間変調する空間光変調素子と、第１および第２マイクロレンズアレイとを有し、第１および第２マイクロレンズアレイにおけるレンズ配列のピッチが上記空間光変調素子における画素配列のピッチに等しく、
上記第１および第２マイクロレンズアレイを、所定の間隙を隔して対向させ、上記第１マイクロレンズアレイを介して第２マイクロレンズアレイと逆の側に、上記第１マイクロレンズアレイに近接若しくは密接して上記空間光変調素子を配してなり、
上記第１マイクロレンズアレイ、第２マイクロレンズアレイは、一方が他方に対して、マイクロレンズ配列ピッチを、少なくとも１方向に半ピッチずらされ、上記第１、第２のマイクロレンズアレイのうち一方のマイクロレンズアレイのレンズ配置は上記画素配置と重なり合うように上記空間変調素子に対する位置を調整されており、
上記第１マイクロレンズアレイ、第２マイクロレンズアレイのうち、一方のマイクロレンズアレイにおける任意の１個のマイクロレンズと、他方のマイクロレンズアレイにおいて上記１個のマイクロレンズに対して少なくとも１方向に半ピッチずらされた少なくとも２個のマイクロレンズとにより、上記空間光変調素子の各画素に集光させることを特徴とする画像表示装置。
【請求項２】
請求項１記載の画像表示装置において、
第１、第２マイクロレンズアレイ間に樹脂を充填したことを特徴とする画像表示装置。
【請求項３】
請求項１または２記載の画像表示装置において、
第１マイクロレンズアレイのマイクロレンズが凸面形状で、第２マイクロレンズアレイのマイクロレンズが凹面形状であることを特徴とする画像表示装置。
【請求項４】
請求項１または２記載の画像表示装置において、
第１マイクロレンズアレイのマイクロレンズが凹面形状で、第２マイクロレンズアレイのマイクロレンズが凸面形状であることを特徴とする画像表示装置。
【請求項５】
請求項１〜４の任意の１に記載の画像表示装置において、
第１、第２マイクロレンズアレイのうち少なくとも一方において、マイクロレンズ間に隙間があることを特徴とする画像表示装置。
【請求項６】
請求項１〜５の任意の１に記載の画像表示装置において、
第１、第２マイクロレンズアレイのうち少なくとも一方において、マイクロレンズの配列が稠密であることを特徴とする画像表示装置。
【請求項７】
請求項１〜６の任意の１に記載の画像表示装置において、
第１、第２マイクロレンズアレイ間の間隙および／または位置を、維持および／または調整するスペーサを有することを特徴する画像表示装置。
【請求項８】
請求項１〜７の任意の１に記載の画像表示装置と、光源及び投射レンズを有する画像投射装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明はマイクロレンズアレイを用いた画像表示装置および画像投影装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ビデオ画像やコンピュータの出力画像等を表示するプロジェクタが広く普及している。近来、プロジェクタの開発は、画像の高精細化、高照度化、装置の小型化、低コスト化を目標に進められている。
【０００３】
画像の高精細化を目して、ライトバルブ上の画素サイズの縮小化が追求されてきたが、画素サイズの縮小化に伴ない、画素以外の配線等の占める面積（ブラックマトリックス）が相対的に大きくなり、開口率が低下して投影画像が暗くなり、画質が劣化する問題があった。
【０００４】
この問題に対し、ライトバルブ上の各画素毎にマイクロレンズを対応させて配置し、マイクロレンズによる集光を利用して開口率を向上させることが提案されている（特許第３１１０６５２号公報、特開２０００−１９３０７号公報等）。この場合、入射光をマイクロレンズにより効率良くライトバルブの画素上に集光することとともに、マイクロレンズアレイと空間光変調素子を一体化する場合の製造の容易さが重要である。
【０００５】
上記各公報に記載された画像表示装置では「単一のマイクロレンズアレイ」が用いられ、各画素への集光を単一のマイクロレンズ面で行っているため、集光効率を上げるべくマイクロレンズの曲率半径を小さくすると球面収差が悪化して、隣接する画素へのノイズ成分が増え、上記曲率半径を大きくすると集光力が弱くなって開口効率を高める効果を十分に得られないという問題がある。
【０００６】
このような問題を解消できる方法として、特開２０００−３０５４７２号公報には、２枚のマイクロレンズアレイを用い、各画素上に効率良く光を集光させるものが開示されている。
【０００７】
しかしながら、この公報に記載された画像表示装置は「光が入射する側から、透明基板、第２マイクロレンズ、第２接着剤、第２カバーガラス、ゲル状の接着剤、第１マイクロレンズ、第１接着材、第１カバーガラスが設けられ、この第１カバーガラスとライトバルブとが一体化され」ており、全体が多層構造になっているために、使用部材数や製造工程数が多く製造が必ずしも容易でなく、コスト的にも十分に廉価であるとは言いがたい。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、２枚のマイクロレンズアレイと空間光変調素子とを組合せてなり、空間光変調素子の各画素への光の集光効率が良く、なおかつ構造が簡素で製造が容易であり、低コストに実現できる新規な画像表示装置の提供を課題とする。
【０００９】
この発明はまた、上記画像表示装置を用いる新規な画像投射装置の提供を課題とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この発明の画像表示装置は、空間光変調素子と、第１マイクロレンズアレイと、第２マイクロレンズアレイを有する。
「空間光変調素子」は、透過光もしくは反射光の強度を空間変調する。空間光変調素子としては、従来から広く知られた透過型もしくは反射型の液晶ライトバルブを用いることができる。
【００１１】
「第１マイクロレンズアレイおよび第２マイクロレンズアレイ」は、その各々におけるマイクロレンズのレンズ配列が、空間光変調素子における画素配列と対応している。ここに「マイクロレンズのレンズ配列と空間光変調素子に置ける画素配列と対応する」とは、マイクロレンズアレイの位置を空間光変調素子に対して位置調整することにより、マイクロレンズアレイの配列を画素配列と重ね合わせ得ることを意味する。
【００１２】
第１および第２マイクロレンズアレイは「所定の間隙」を隔して対向させられ、第１マイクロレンズアレイを介して第２マイクロレンズアレイと逆の側に、第１マイクロレンズアレイに近接若しくは密接して空間光変調素子が配される。即ち、空間光変調素子、第１、第２マイクロレンズアレイの三者は、この順序に配置される。
【００１３】
空間光変調素子へ入射されるべき光は、第２マイクロレンズアレイ側から入射し、第１、第２マイクロレンズアレイの各マイクロレンズにより、空間光変調素子の各画素に集光される。
【００１４】
このように、入射光は２枚のマイクロレンズアレイの各マイクロレンズにより画素に集光されるので、個々のマイクロレンズの集光力を「球面収差を悪化させない」程度に無理無く設定できる。
【００１５】
上記の如く、第１、第２マイクロレンズアレイは相互に所定の間隙を隔して対向させられるので、両者間には「所定の間隙」が存在する。この所定の間隙の部分は空気層としても良いが、「樹脂で充填」することもできる（請求項２）。このように、第１、第２マイクロレンズアレイ間を樹脂で充填すると、充填樹脂と各マイクロレンズアレイ材料の屈折率の関係を調整することにより、マイクロレンズの曲率半径あるいは焦点距離を調整することができるので、各マイクロレンズの屈折力等に対する設計の自由度が増え、各マイクロレンズアレイの製造が容易になる。
【００１６】
上記請求項１記載の画像表示装置は、以下の点を特徴とする。
即ち「第１マイクロレンズアレイ、第２マイクロレンズアレイは、一方が他方に対して、マイクロレンズ配列ピッチを、少なくとも１方向に半ピッチずらされ」ている。
第１および第２マイクロレンズアレイにおけるレンズ配列のピッチは、空間光変調素子における画素配列のピッチに等しい。
第１、第２マイクロレンズアレイにおけるマイクロレンズ配列ピッチが少なくとも１方向に半ピッチずらされているので、一方のマイクロレンズアレイのレンズ配置は画素配置と重なり合うが、他方のマイクロレンズアレイのレンズ配列は、レンズ配列の縦横方向の少なくとも１方向に半ピッチずれることになる。
これにより、第１マイクロレンズアレイ、第２マイクロレンズアレイのうち、一方のマイクロレンズアレイにおける任意の１個のマイクロレンズと、他方のマイクロレンズアレイにおいて上記１個のマイクロレンズに対して少なくとも１方向に半ピッチずらされた少なくとも２個のマイクロレンズにより、空間光変調素子の各画素に集光させる。
【００１７】
請求項１または２記載の画像表示装置において、第１マイクロレンズアレイのマイクロレンズを凸面形状、第２マイクロレンズアレイのマイクロレンズを凹面形状とすることができ（請求項３）、逆に、第１マイクロレンズアレイのマイクロレンズを凹面形状とし、第２マイクロレンズアレイのマイクロレンズを凸面形状とすることもできる（請求項４）。
【００１８】
上記請求項１〜４の任意の１に記載の画像表示装置における第１、第２マイクロレンズアレイのうち少なくとも一方は「マイクロレンズ間に隙間がある構造」とすることができ（請求項５）、請求項１〜５の任意の１に記載の画像表示装置における第１、第２マイクロレンズアレイのうち少なくとも一方は「マイクロレンズの配列が稠密である構造」とすることができる（請求項６）。
【００１９】
上記請求項１〜６の任意の１に記載の画像表示装置は、第１、第２マイクロレンズアレイ間の間隙および／または位置を、維持および／または調整するスペーサを有することができる（請求項７）。
【００２０】
この発明の画像投射装置は、請求項１〜７の任意の１に記載の画像表示装置と、光源及び投射レンズを有する（請求項８）。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、実施の形態を説明する。
図１（ａ）は、画像表示装置の参考例を説明図的に略示している。
符号１は第１マイクロレンズアレイ、符号３は第２マイクロレンズアレイ、符号４は空間光変調素子を示す。
【００２２】
この例において、空間光変調素子４は反射型の「液晶ライトバルブ」であり、反射光の強度を空間変調する。第１マイクロレンズ１、第２マイクロレンズアレイ３は、空間光変調素子４に置ける画素配列と同じピッチでマイクロレンズを配列形成され、空間光変調素子４の画素面に直交する方向２００の方向から見て、第１、第２マイクロレンズアレイとも、各マイクロレンズの配列が画素配列と重なり合うように位置関係を定められている。
【００２３】
第１、第２マイクロレンズアレイ１、３は所定の間隙２を隔して、マイクロレンズ同士が互いに対向させられ、第１マイクロレンズアレイ１を介して第２マイクロレンズアレイ３と逆の側に、第１マイクロレンズアレイ１に密接して空間光変調素子４が配されている。間隙２は「空気層」となっている。そして全体は適宜の手段で一体化されている。
【００２４】
空間光変調素子４に入射されるべき光５は、第２マイクロレンズアレイ３側から入射し、第１、第２マイクロレンズアレイ１、３の各マイクロレンズにより、空間光変調素子４の各画素に集光される。
【００２５】
図１（ｂ）において、符号ＰＣは空間光変調素子４における画素のひとつを示し、符号６は、この画素ＰＣ上に集光した光スポットを示している。このとき、画素ＰＣ上に集光された光スポット６の大きさが「画素サイズに対してある程度小さい」方が、この画素ＰＣで反射され射出したときに、スクリーン上に画素よりも小さなスポット像として投射されるので投射される画像が「高精細化画像」となる。
【００２６】
上に示した画像表示装置における空間光変調素子は上記の如く、反射型の液晶ライトバルブである。このような液晶ライトバルブとしては、ＬＣＯＳ（Liquid Crystal on Si）が知られている。勿論、空間光変調素子としては「透過型の液晶ライトバルブ」を用いることもできる。
【００２７】
即ち、図１の画像表示装置（参考例）は、反射光の強度を空間変調する空間光変調素子４と、第１および第２マイクロレンズアレイ１、３とを有し、第１および第２マイクロレンズアレイ１、３におけるレンズ配列が空間光変調素子４における画素配列に対応し、第１および第２マイクロレンズアレイ１、３を、所定の間隙２を隔して対向させ、第１マイクロレンズアレイ１を介して第２マイクロレンズアレイ３と逆の側に、第１マイクロレンズアレイ１に密接して空間光変調素子４を配してなり、第２マイクロレンズアレイ３側から入射する光を、第１、第２マイクロレンズアレイ１、３の各マイクロレンズにより、空間光変調素子４の各画素に集光させるように構成したものである。
【００２８】
第１、第２マイクロレンズアレイ１、３の材質は、鉱物や樹脂等であることも可能であるがガラスが一般的である。マイクロレンズアレイを形成するドライエッチングのプロセスを考慮すると「アルカリフリーや低アルカリガラス」が好ましい。代表的なものとして石英ガラス（ｎ（屈折率、以下同じ）＝１．４６）を挙げることができる。
【００２９】
間隙２に樹脂を充填すると、前述の如く、充填樹脂の屈折率とマイクロレンズアレイ１、３の材料の屈折率との関係を調整することにより、マイクロレンズの曲率半径や焦点距離を調整することができ、各マイクロレンズの屈折力等に対する設計の自由度が増え、各マイクロレンズアレイの製造が容易になる。
【００３０】
このような場合、マイクロレンズアレイ材料としての石英ガラスとしては、樹脂とマイクロレンズアレイ材料の屈折率差、線膨張係数の違い（熱膨張率が大きく異なると、製造プロセス中に加熱プロセスを含む場合、熱ストレスでマイクロレンズアレイと樹脂間が剥離したりする問題がある）低コスト化などから考えて、コーニング社製の１７３７（ｎ＝１．５２）、日本電気硝子社製のネオセラムＮ−０（ｎ＝１．５４１）等が好適である。
【００３１】
第１、第２マイクロレンズアレイの間隙に充填する樹脂としては、紫外線硬化型樹脂が好適であり、アクリル系で屈折率１．４０から１．７０（例えば、ＮＴＴアドバンステクノロジ社製）のものが知られており、これらを適宜に選択して用いることができる。
【００３２】
マイクロレンズアレイを作製する際、厚み：１ｍｍ前後のガラス基板がよく使われる。ドライエッチングによりレンズが形成された後でも、この程度の厚みである。このようなマイクロレンズアレイは市販されている（たとえはＭＥＭＳＯＰＴＩＣＡＬ社製、ピッチ１５μｍから５００μｍ、レンズ形状、円形、正方形など、基板：石英ガラス）。
【００３３】
１ｍｍという厚みは、基板の強度を確保するためであるが、研磨により数十μｍまで薄くすることが可能であり、薄型のマイクロレンズアレイを作製できることは勿論である。
【００３４】
図１のように「間隙２を挟んで第１、第２マイクロレンズアレイ１、３を配し、第１マイクロレンズ１に空間光変調素子４を密接させ全体を一体化」した構成は、単純で部材点数が少ないから製造工程数も少なく、容易且つ安価に製造できる。また、２枚のマイクロレンズアレイを使用しているため、個々のマイクロレンズの集光効率を無理なく設定でき、入射光を効率良く画素上に集光でき、隣接画素へのノイズ光も低減できる。
【００３５】
マイクロレンズアレイにより光を集光させると、各画素上に光強度分布が生じこれを２次元的にみると、図８に示すようなプロファイルとなる。このプロファイルの裾野が１画素内におさまっていれば隣接画素へのノイズ光はない。また、プロファイルは「細い」ほど投射される画像は「高精細な画像」となる。
【００３６】
高精細化画像の指標として、光強度分布のプロファイルの半値幅：ＨＶを用いる。プロファイルの半値幅：ＨＶが小さいほど高精細である。一方で光利用効率も性能として重要である。「光利用効率」は、１つのマイクロレンズを通った光が如何に損失無く対応する１画素上に集光されるかにより定まる。
【００３７】
図８に示すプロファイルは「裾野が僅かに隣接画素に及」んでおり、光利用効率の僅かな損失となる。この損失光成分は隣接画素からみると「ノイズ光」であり投射画像の画質劣化の原因となる。
【００３８】
以下に数値例を示す。
最初に挙げる比較数値例１、２は、１枚のマイクロレンズアレイを用いたときの例である。即ち、空間光変調素子の画素面に近接させ「マイクロレンズが画素側となる」ようにしてマイクロレンズアレイを配置し、マイクロレンズの配列を画素配列と重なり合うようにし、両者の間隙を透明樹脂で充填した構成となっている。
【００３９】
比較数値例１
画素サイズ：１４μｍ角（一辺が１４μｍの正方形形状を言う。以下同じ）
間隙に充填した樹脂の屈折率：１．４
マイクロレンズアレイ
屈折率：１．５２  マイクロレンズ（凸）の曲率半径：７μｍ
マイクロレンズ先端から画素までの距離（樹脂を充填した間隙）：３０μｍ
画素に集光した光の光強度分布のプロファイルの半値幅：５．１μｍ
光利用効率：６５％
この比較数値例１の場合、マイクロレンズアレイにおける個々のマイクロレンズの曲率半径が７μｍと小さく、入射光の集光性は高い。プロファイルの半値幅は５．１μｍと小さく、プロファイルはシャープであるが、マイクロレンズの球面収差が大きく、隣接画素方向に行く「ノイズ光」が多く、光損失も大きく光利用効率は６５％と低い。
【００４０】
数値比較例２
画素サイズ：１４μｍ角
間隙に充填した樹脂の屈折率：１．４
マイクロレンズアレイ
屈折率：１．５２  マイクロレンズ（凸）の曲率半径：１０μｍ
マイクロレンズ先端から画素までの距離（樹脂を充填した間隙）：３０μｍ
画素に集光した光の光強度分布のプロファイルの半値幅：８．６μｍ
光利用効率：９５％
比較数値例２ではマイクロレンズの曲率半径が大きく、球面収差が小さいため光は画素上に集光され、光の損失は小さく光利用効率は高い。プロファイルの半値幅は大きくプロファイルはブロードとなるが、半値幅が大きいといっても、画素のサイズに比べると６１％であり、投射画像の高精細性の面で比較数値例１に比して若干劣るが、光利用効率が同等で半値幅がこれ以下ならば優れた構成と言える。
【００４１】
参考例の数値例
以下に、上に説明した実施の形態に関する具体的な実施例を挙げる。
数値例１
画素サイズ：１４μｍ角
マイクロレンズ間の間隙：空気層（屈折率：１）
第１マイクロレンズアレイ
屈折率１．５２  マイクロレンズ（凸）の曲率半径：１０μｍ
第１マイクロレンズアレイの厚さ（マイクロレンズの先端から、第１マイクロレンズアレイに密接した空間光変調素子面までの距離。以下の各実施例でも同様である。）：３０μｍ
第２マイクロレンズアレイ
屈折率１．５２  マイクロレンズ（凸）の曲率半径：２０μｍ
マイクロレンズアレイ間の間隙（レンズの先端から先端まで）：３μｍ
プロファイルの半値幅：７．６μｍ
光利用効率：１００％
数値例２
数値例２は、マイクロレンズ間の間隙に屈折率１．４の部材を充填したときの例である。この例では、間隙が空気層である場合に比べて半値幅がさらに小さくなることが分かる。
【００４２】
画素サイズ：１４μｍ
マイクロレンズ間の間隙に充填した樹脂の屈折率：１．４
第１マイクロレンズアレイ
屈折率  １．５２  マイクロレンズ（凸）の曲率半径２０μｍ
第１マイクロレンズアレイの厚さ：３０μｍ
第２マイクロレンズアレイ
屈折率：１．５２  マイクロレンズ（凸）の曲率半径：１０μｍ
マイクロレンズアレイ間の間隙（レンズの先端から先端まで）：３μｍ
プロファイルの半値幅：６．２μｍ
光利用効率：９７％
数値例１、２は何れも、比較数値例１、２に比してプロファイルの半値幅が狭く、光利用効率も高い。即ち、実施例１、２では高精細で明るい投射画像を実現できる。
【００４３】
図２は、画像表示装置の実施の１形態を説明図的に示している。
この画像表示装置は、図２（ａ）に示すように、透過光もしくは反射光の強度を空間変調する空間光変調素子４ａと、第１および第２マイクロレンズアレイ１ａ、３ａとを有し、第１および第２マイクロレンズアレイにおけるレンズ配列が空間光変調素子４ａにおける画素配列に対応し、第１および第２マイクロレンズアレイ１ａ、３ａを所定の間隙２ａを隔して対向させ、第１マイクロレンズアレイ１ａを介して第２マイクロレンズアレイ３ａと逆の側に、第１マイクロレンズアレイ１ａに密接して空間光変調素子４ａを配してなり、第２マイクロレンズアレイ３ａ側から入射する光を、第１、第２マイクロレンズアレイの各マイクロレンズにより、空間光変調素子４ａの各画素に集光させるように構成したものである。全体は適宜の手段で一体化されている。
【００４４】
第１マイクロレンズアレイ１ａにおけるマイクロレンズの配列は、光軸方向から見て空間光変調素子４ａにおける画素配列と重なり合うようになっているが、第２マイクロレンズ３ａのマイクロレンズの配列ピッチは、第１マイクロレンズアレイ１ａにおけるマイクロレンズの配列ピッチに対して半ピッチだけ１方向（図の左右方向）にずれているが、図面に直交する方向にもずらしても良い。
【００４５】
このようにすると、入射光はまず第２マイクロレンズアレイ３ａで集光され、間隙２ａを介して第１マイクロレンズアレイ１ａにより（各マイクロレンズの１／２以内の領域で）集光される。第２マイクロレンズアレイ３ａのマイクロレンズの曲率半径が小さく半球形状に近い場合は球面収差が大きくなり、逆に曲率半径が大きい場合は光を曲げる力が弱く、効率良く集光できない問題がある。この傾向は特にレンズ周辺で著しくなる。
【００４６】
第２マイクロレンズアレイ３ａを第１マイクロレンズ１ａに対してずらして配置すると、図２（ｂ）に示すように、第２マイクロレンズアレイのマイクロレンズＬ３ａのレンズ周辺を通った光５ａが、第１マイクロレンズアレイ１ａではマイクロレンズＬ１ａの中心近傍を通ることになり、効率良く画素上に集光できる。
また、例えば、第２マイクロレンズアレイのマイクロレンズＬ３ａの曲率半径が画素サイズに対して小さく、画素の対角線方向４隅に隙間が生じるような場合、この４隅を通る光は略直進し、仮に第１、第２マイクロレンズアレイに上記の「ずれ」が無いとすると画素中心に集光されない。
【００４７】
しかるに、第２マイクロレンズアレイ３ａを第１マイクロレンズアレイ１ａに対して図２の如くにずれた位置におくと、上記「略直進した光」は第１マイクロレンズ１ａのマイクロレンズを通り画素上に有効に集光される。
【００４８】
また、実際の液晶ライトバルブで遮光層（ブラックマトリックス）が設けられている場合、上記略直進する光は遮光層で遮光され、画像の劣化には繋がらないが光利用効率は低下する。
【００４９】
上には、第１、第２マイクロレンズアレイにおけるマイクロレンズが凸面形状である場合を示したが、第１、第２マイクロレンズアレイ間の間隙に樹脂を充填する場合、樹脂の屈折率：ｎ２、第１マイクロレンズアレイの材質の屈折率：ｎ１、第２マイクロレンズアレイの材質の屈折率：ｎ３の大小関係により、各マイクロレンズアレイにおけるマイクロレンズの形状を凸面形状とすることも凹面形状とすることも可能である。
【００５０】
即ち、第１、第２マイクロレンズアレイのレンズ形状をともに凸面形状とする場合は、ｎ３＞ｎ１＞ｎ２、ｎ１＝ｎ３＞ｎ２あるいはｎ１＞ｎ３＞ｎ２が満足されれば良く、逆に両方とも凹面形状とする場合は、ｎ１＜ｎ３＜ｎ２、ｎ１＝ｎ３＜ｎ２、あるいはｎ３＜ｎ１＜ｎ２が満足されれば良い。この場合、各マイクロレンズは何れも正レンズとして機能する。
【００５１】
図３は画像表示装置の実施の別形態を説明図として示している。
図３（ａ）に示すように、この実施の形態では、空間光変調素子４ｂに密接して設けられた第１マイクロレンズアレイ１ｂのマイクロレンズが凹面形状で、第２マイクロレンズアレイ３ｂのマイクロレンズが凸面形状である。全体は、適宜の手段により一体化されている。
【００５２】
また、第１マイクロレンズアレイ１ｂにおけるマイクロレンズの配列は空間光変調素子４ｂにおける画素配列と重なり合うようになっているが、第２マイクロレンズ３ｂのマイクロレンズの配列ピッチは、第１マイクロレンズアレイ１ｂにおけるマイクロレンズの配列ピッチに対して半ピッチだけ２方向（図の左右方向と図面に直交する方向）にずれている。
【００５３】
図３（ｂ）に示すように、第２マイクロレンズアレイのマイクロレンズＬ３ｂで集光された光５ｂが、第１マイクロレンズアレイ１ｂの周辺に入射し、マイクロレンズＬ１ｂの負のパワーで画素に向って効率良く集光される。
【００５４】
図３の例とは逆に、第１マイクロレンズアレイのマイクロレンズを凸面形状、第２マイクロレンズアレイのマイクロレンズを凹面形状としても、入射光を画素に向って効率良く集光できる。
【００５５】
【実施例】
以下に、画像表示装置に関する実施例を挙げる。
実施例１
画素サイズ：１４μｍ角
マイクロレンズアレイ間の間隙に充填した樹脂の屈折率：１．４
第１マイクロレンズアレイ
屈折率：１．５２  マイクロレンズ（凹）の曲率半径：２５μｍ
第１マイクロレンズアレイの厚さ：３０μｍ
第２マイクロレンズアレイ
屈折率：１．５２  マイクロレンズ（凸）の曲率半径：２５μｍ
マイクロレンズアレイの間隔（第２マイクロレンズアレイのマイクロレンズの中央から第１マイクロレンズアレイのマイクロレンズの端まで）：３μｍ
プロファイルの半値幅：６．２μｍ
光利用効率：９０％
実施例１でも「プロファイルの半値幅」が狭く、光利用効率も高いので高精細で明るい投射画像を実現できる。
【００５６】
図４に画像表示装置の実施の他の形態を説明図的に示す。
【００５７】
図４（ａ）において、空間光変調素子４ｅに密接して設けられた第１マイクロレンズアレイ１ｅのマイクロレンズ形成面において、配列されたマイクロレンズ１ｅ１の間に隙間部分１０があり、この隙間部分１０は「平坦面」である。空間光変調素子４ｅにおける画素のサイズ（画素ピッチ）を「ｄ」とするとき、第１マイクロレンズアレイ１ｅのマイクロレンズの曲率半径：ｒが上記ｄに比して小さい場合（正方形画素の場合では例えばｒ＜（ｄ／２））である。マイクロレンズ１ｅ１は凹面形状を有している。全体は、適宜の手段により一体化されている。
【００５８】
第１マイクロレンズアレイ１ｅと第２マイクロレンズアレイ３ｅとのマイクロレンズの配列ピッチは、図の左右方向および図面に直交する方向において、互いに１／２ピッチずれている。マイクロレンズアレイ３ｅに形成されたマイクロレンズ３ｅ１は凸面形状である。
【００５９】
図４（ｂ）において示された正方格子は、第２マイクロレンズアレイ３ｅを光軸方向から見た状態におけるマイクロレンズ３ｅ１の配列を示す。即ち、格子における桝目の１つ１つがマイクロレンズ３ｅ１である。換言すれば、個々のマイクロレンズ３ｅ１は光軸方向から見ると「正方形形状のレンズ縁部」を有し、これら縁部で隣接している。即ち、第２マイクロレンズアレイ３ｅにおいて、マイクロレンズ３ｅ１の配列は「稠密」である。
【００６０】
図４（ｂ）において、マイクロレンズ３ｅ１の配列におけるレンズ縁部を示す格子の各格子点には、第１マイクロレンズアレイ１ｅのマイクロレンズ１ｅ１が位置している。また、各マイクロレンズ３ｅ１の中心が空間光変調素子４ｅにおける各画素の中心と対応する。
【００６１】
第２マイクロレンズアレイのマイクロレンズ３ｅ１により集光される光５のうち、マイクロレンズ３ｅ１のレンズ中心付近、即ち、光軸近傍を通る光５ｂはマイクロレンズ３ｅ１の収差の影響をさほど受けないため、この光５ｂを第１マイクロレンズアレイのマイクロレンズによりさらに集光する必要がなく、第２マイクロレンズアレイの各マイクロレンズ３ｅ１のレンズ周辺を通った光５ｃのみを、第１マイクロレンズアレイ１ｅの凹のマイクロレンズ１ｅ１の負のパワーにより、マイクロレンズ３ｅ１の光軸側へ集光する。
【００６２】
この実施の形態に関する実施例を挙げる。
【００６３】
実施例２
画素サイズ：１４μｍ角
マイクロレンズアレイ間の間隙に充填した樹脂の屈折率：１．４
第１マイクロレンズアレイ
屈折率：１．５２  マイクロレンズ（凹）の曲率半径：２５μｍ
第１マイクロレンズアレイの厚さ：３０μｍ
第２マイクロレンズアレイ
屈折率：１．５２  マイクロレンズ（凸）の曲率半径：２５μｍ
マイクロレンズアレイの間隔（第２マイクロレンズアレイのマイクロレンズの中央から第１マイクロレンズアレイの平坦部まで）：２．４μｍ
第１マイクロレンズアレイにおける隣接マイクロレンズ間の平坦部の長さ（図４（ｂ）における縦横方向のマイクロレンズ１ｅ１の縁間離隔）：４μｍ
プロファイルの半値幅：４．７μｍ
光利用効率：９７％
プロファイルの半値幅が非常に小さく、光利用効率も高く、高精細で明るい投射画像を実現できる。
【００６４】
図５に、図４に示した実施の形態を変形した参考例を示す。
この例においては、第２マイクロレンズアレイの各マイクロレンズアレイ３ｅ１は図４の例に置けると同じく、光軸方向から見て「正方形形状のレンズ縁部」を有し、これら縁部で隣接している。即ち、第２マイクロレンズアレイ３ｅにおいてマイクロレンズ３ｅ１の配列は「稠密」である。
【００６５】
また、第１マイクロレンズアレイの側においては、図４の例におけると同様に、凹面形状を持つマイクロレンズ１ｅ１が「マイクロレンズ３ｅ１の配列におけるレンズ縁部を示す格子の各格子点」に配置されているが、これに加え、光軸方向から見て上記格子の各中央部に位置するように、凸面形状のマイクロレンズ１ｅ２が配列されている。すなわち、正のパワーを持つマイクロレンズ１ｅ２の配列は、マイクロレンズ３ｅ１の配列と重なり合い且つ画素の配列に重なり合う。
【００６６】
第１マイクロレンズアレイのマイクロレンズ１ｅ１、１ｅ２の曲率半径：ｒ１は画素サイズ：ｄに対して小さく（例えば、ｒ１＜（ｄ／２））、第２マイクロレンズアレイのマイクロレンズ３ｅ１の曲率半径：ｒ２は画素サイズに比して大きい（例えば、ｒ２＞ｄ√（２））である（正方形形状の画素の場合）。
【００６７】
第２マイクロレンズアレイの各マイクロレンズ３ｅ１により集光された光のうち、レンズ周辺部を通った光は、マイクロレンズ１ｅ１の負のパワーにより画素中心へ向けて集光される。また、マイクロレンズ３ｅ１の中心を通った光はマイクロレンズ１ｅ２によりさらに画素中心に向けて集光される。
【００６８】
即ち、図４の場合比して、マイクロレンズ３ｅ１の周辺を通る光だけでなく、レンズ中央を通る光も有効に画素中心に向けて集光できるため、画素上に光を効率よく集めることができる。
【００６９】
即ち、図５の参考例では、第１マイクロレンズアレイおよび第２マイクロレンズアレイとを有し、第１マイクロレンズアレイにおけるマイクロレンズ１ｅ１、１ｅ２の配列、第２マイクロレンズアレイにおけるマイクロレンズ３ｅ１の配列が画素配列に対応する。マイクロレンズ１ｅ２および３ｅ１の配列は、画素配列に重なり合うように対応し、マイクロレンズ１ｅ１の配列は画素配列に対し縦横方向に１／２ピッチずれて対応する。
【００７０】
図６は、画像表示装置の実施の１形態を説明図的に示している。
空間光変調素子４ｂに密着して第１マイクロレンズアレイ１ｂ’が設けられ、間隙２ｂ’を介して第２マイクロレンズアレイ３ｂ’が設けられ、全体が一体化されている。第１マイクロレンズアレイ１ｂ’、第２マイクロレンズアレイ３ｂ’のマイクロレンズ形成面の領域外に「柱状」のスペーサ１０１、１０２が形成されている。
【００７１】
スペーサ１０１、１０２は第１、第２マイクロレンズアレイ間の間隙２ｂ’を維持するためのものであり、第１、第２マイクロレンズアレイ１ｂ’、３ｂ’のマイクロレンズをドライエッチングで作製する際、スペーサ１０１、１０２の間隔が同一になるよう作製し、製作後に合わせる。
【００７２】
このようにすると、第１、第２マイクロレンズアレイ間の間隙を一定にできるのみならず、マイクロレンズアレイ間におけるマイクロレンズ相互の平面内での位置合わせ（互いのピッチを合わせたり、図の如く１／２ピッチずらせる）も容易となる。即ち、図のようにマイクロレンズアレイのピッチを互いにずらす場合には、１／２ピッチずらした位置にスペーサ１０１、１０２を予め作製しておくのである。
【００７３】
マイクロレンズアレイと同時に柱状のスペーサを作製する技術は特開２０００−１９３０７号公報で開示されており、この方法を用いれば良い。
【００７４】
図７は画像投射装置の実施の１形態を説明図的に示している。
符号９は「光源」、符号１０は「偏光ビームスプリッタ」、符号１１は「画像表示装置」、符号１２は「投射レンズ」、符号１３は「スクリーン」を示している。
【００７５】
光源９から、偏光ビームスプリッタ１０に対してＳ偏光となる光束を偏光ビームスプリッタ１０に入射させ、偏光ビームスプリッタ１０により反射させて画像表示装置１１に入射させる。画像表示装置は図１〜図６に即して説明した如く、第１、第２マイクロレンズアレイを間隙を隔して近接させ、第１マイクロレンズアレイに空間光変調素子を密接して配したものであり、空間光変調素子は反射型の液晶ライトバルブである。
【００７６】
液晶ライトバルブを画像信号で駆動すれば、表示すべき画像に応じた画素における反射光束は偏光ビームスプリッタに対してＰ偏光状態に変換される。この光束は偏光ビームスプリッタ１０を透過し、投射レンズ１２によりスクリーン１３上に投射画像として結像表示される。
【００７７】
空間光変調素子において図７（ｂ）に示すように画素の配列１４は密な配列であるが、マイクロレンアレイにより入射光は各画素上でその画素サイズよりも小さいスポットになるため、このスポットを投射レンズ１２で投影した像は、図７（ｃ）に示すように隙間のある像１５となる。即ち、像１５は高精細化画像である。光源はハロゲンランプあるいは超高圧水銀ランプなどの白色ランプが主流であるが、レーザ、ＬＥＤでも構わない。
【００７８】
図７の画素投射装置において、画像表示装置１１を、圧電素子等を用いて、投射レンズ１２の光軸に直行する面内で高速で振動的に変位させると、投射された高精細画像１５が高速で細かく変位し、画素像間の隙間が埋まるので、隙間の目立たない良好な高精細化画像を実現できる。
【００７９】
【発明の効果】
以上に説明したように、この発明によれば新規な画像表示装置とこれを用いた新規な画像投射装置を実現できる。この発明の画像表示装置は、上記の如く、２枚のマイクロレンズアレイを用いて入射光束を空間光変調素子の各画素に集光するので、各マイクロレンズアレイのマイクロレンズのパワーを無理無く設定できて各画素に効率よく光を集光でき、光利用効率も高いので高精細で明るい投射画像を実現できる。また、画像表示装置の構成が簡素であるので、容易且つ安価に作製できる。
【００８０】
従って、この画像表示装置を用いる画像投射装置は、明るく高精細で良好な画像を表示できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  画像表示装置の参考例を説明するための図である。
【図２】  画像表示装置の実施形態を説明するための図である。
【図３】  画像表示装置の実施形態を説明するための図である。
【図４】  画像表示装置の実施形態を説明するための図である。
【図５】  図４の実施の形態を変更した参考例を説明するための図である。
【図６】  スペーサを形成したマイクロレンズアレイを用いる画像表示装置を説明するための図である。
【図７】  画像投射装置の実施の形態を説明するための図である。
【図８】  マイクロレンズの集光性を説明するための図である。
【符号の説明】
１    第１マイクロレンズアレイ
２    間隙
３    第２マイクロレンズアレイ
４    空間光変調素子
【図１】
0003958085.tif 000002
【図２】
0003958085.tif 000003
【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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