(57)【要約】【課題】光利用効率の低下を低減可能とし、かつ製造上の困難性を軽減させることが可能な空間光変調装置及び画像表示装置を提供すること。【解決手段】光を画像信号に応じて変調するための液晶層３７を備える空間光変調装置１９Ｒであって、液晶層３７へ入射する光を透過させる第１基板である入射側ガラス基板３１と、第１基板を透過した光を集光する複数のマイクロレンズ３３を備えるマイクロレンズアレイ３２と、マイクロレンズ３３により集光した光を通過させる複数の開口領域３５ｂを備え、開口領域３５ｂ同士の間の遮光領域３５ａにおいて光を遮光する遮光部３５と、液晶層３７から射出した光を透過させる第２基板である射出側ガラス基板４１と、を有し、第２基板は、光を集光する集光作用を持たせた複数の集光領域４２を有し、集光領域４２は、第２基板の内部に形成され、かつ互いに異なる屈折率の領域を用いて構成される。【選択図】図２
2009128664.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を画像信号に応じて変調するための液晶層を備える空間光変調装置であって、
前記液晶層へ入射する光を透過させる第１基板と、
前記第１基板を透過した光を集光する複数のマイクロレンズを備えるマイクロレンズアレイと、
前記マイクロレンズにより集光した光を通過させる複数の開口領域を備え、前記開口領域同士の間の遮光領域において光を遮光する遮光部と、
前記液晶層から射出した光を透過させる第２基板と、を有し、
前記第２基板は、光を集光する集光作用を持たせた複数の集光領域を有し、
前記集光領域は、前記第２基板の内部に形成され、かつ互いに異なる屈折率の領域を用いて構成されることを特徴とする空間光変調装置。
【請求項２】
前記マイクロレンズにより集光した後に拡散した光を、前記集光領域で平行化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２基板は、前記液晶層から射出した光が入射する第１面と、前記第１面から透過した光を射出する第２面と、を有し、
前記集光領域は、前記第２面より前記第１面に近い位置に形成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の空間光変調装置。
【請求項４】
前記集光領域は、光を屈折させる屈折率分布型レンズを備え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】
前記集光領域は、第１方向と、前記第１方向に略直交する第２方向とに並列され、略同一の屈折率の領域が、前記第１方向及び前記第２方向より、前記第１方向及び前記第２方向のいずれにも略直交する第３方向へ広く分布することを特徴とする請求項４に記載の空間光変調装置。
【請求項６】
前記集光領域は、光を回折させる回折型レンズを備え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７】
前記集光領域は、第１方向と、前記第１方向に略直交する第２方向とに並列され、略同一の屈折率の領域が、前記第２方向より前記第１方向へ広く分布することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の空間光変調装置。
【請求項８】
前記マイクロレンズ及び前記集光領域は、アフォーカル系を構成することを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の空間光変調装置。
【請求項９】
光を射出する光源部と、
前記光源部から射出された光を画像信号に応じて変調する請求項１〜８のいずれか一項に記載の空間光変調装置と、を有する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画像表示装置、特に、液晶を用いた液晶型空間光変調装置の技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
プロジェクタの空間光変調装置、特に、液晶型空間光変調装置には、複数のマイクロレンズを有するマイクロレンズアレイが用いられている。液晶型空間光変調装置の表示領域内には、データ線、走査線、容量線等の各種配線や、ＴＦＴ等の各種電子素子が形成されている。各画素において、実際に表示に寄与する光が透過する領域は、各種配線や電子素子等の存在により限定される。液晶型空間光変調装置のうち光を入射させる対向基板に用いられるマイクロレンズアレイは、各画素において、各種配線等が存在している非開口領域へ向かって進行する光を、開口領域へ導く機能を有する。マイクロレンズアレイから射出した光は、マイクロレンズアレイの集光作用により、光線と光軸とのなす光線角度が大きい状態となる。このような光線角度が大きい光を取り込むには、Ｆナンバーが小さい投写光学系を用いる必要がある。しかしながら、Ｆナンバーが小さい投写光学系を用いると、プロジェクタが大型になるのみならず解像性能が悪化することとなる。このため、投写光学系で光が取り込まれないことによる光利用効率の低下を低減させるためには、液晶層から射出した光の光線角度を小さくできることが望ましい。例えば、特許文献１には、対向基板に設けられたマイクロレンズアレイの他に、液晶層から射出した光を透過させる画素電極基板にマイクロレンズアレイを設ける技術が提案されている。特許文献１の図１１には、画素電極基板のうちガラス基板の入射側にマイクロレンズアレイが設けられた構成が示されている。また、特許文献１の図１４には、画素電極基板のうちガラス基板の射出側にマイクロレンズアレイが設けられた構成が示されている。画素電極基板に設けられたマイクロレンズアレイを用いることで、液晶層から射出した光の光線角度を小さくすることが可能となる。
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−３５０８２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ＴＦＴの形成には、一般的に、高温プロセスによりガラス基板上にシリコン薄膜を作製する手法が用いられる。画素電極基板のうちガラス基板の入射側にマイクロレンズアレイを設ける構成では、マイクロレンズアレイの近傍にＴＦＴを形成する。ＴＦＴの形成には高温プロセスを用いることから、マイクロレンズアレイの形成には、耐熱性に乏しい樹脂の使用が制限されることになる。また、対向基板に設けられたマイクロレンズアレイと、画素電極基板に設けられたマイクロレンズアレイとの間隔が離れるに従い、対向基板側のマイクロレンズからの光は広く拡散し、画素電極基板側の互いに隣接する複数のマイクロレンズへ入射してしまう。そのため、画素電極基板に設けられるマイクロレンズアレイは、対向基板側のマイクロレンズから近い位置、例えば、液晶層からおよそ１００μｍ以下の位置に設ける必要がある。従って、画素電極基板のうちガラス基板の射出側にマイクロレンズアレイを設ける場合は、ガラス基板の厚みを１００μｍ以下にする必要がある。この場合、画素電極基板の十分な強度が得られないために、対向基板及び画素電極基板を貼り合わせる現状の製造工程が非常に困難となる。このように、従来の技術によると、製造が困難であるという問題を生じる。本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、光利用効率の低下を低減可能とし、かつ製造上の困難性を軽減させることが可能な空間光変調装置、及びその空間光変調装置を用いる画像表示装置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】
【０００５】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る空間光変調装置は、光を画像信号に応じて変調するための液晶層を備える空間光変調装置であって、液晶層へ入射する光を透過させる第１基板と、第１基板を透過した光を集光する複数のマイクロレンズを備えるマイクロレンズアレイと、マイクロレンズにより集光した光を通過させる複数の開口領域を備え、開口領域同士の間の遮光領域において光を遮光する遮光部と、液晶層から射出した光を透過させる第２基板と、を有し、第２基板は、光を集光する集光作用を持たせた複数の集光領域を有し、集光領域は、第２基板の内部に形成され、かつ互いに異なる屈折率の領域を用いて構成されることを特徴とする。
【０００６】
集光領域は、互いに異なる屈折率の領域を用いて光を集光する。マイクロレンズからの光を集光領域へ透過させることにより、マイクロレンズからの光の光線角度を小さくすることができる。空間光変調装置から射出する光の光線角度を小さくすることで、投写光学系で光が取り込まれないことによる光利用効率の低下を低減できる。第２基板の内部に集光領域を設けることにより、強度を十分に確保可能な厚みを持たせた第２基板を使用可能とし、かつ液晶層から所定の距離の位置に集光領域を設けることが可能となる。集光領域は、パルスレーザ光の照射を用いて形成することができる。これにより、光利用効率の低下を低減可能とし、かつ製造上の困難性を軽減することが可能な空間光変調装置を得られる。また、小型な投写光学系を用いて良好な解像性能を得ることが可能となる。
【０００７】
また、本発明の好ましい態様としては、マイクロレンズにより集光した後に拡散した光を、集光領域で平行化することが望ましい。これにより、空間光変調装置から射出される光について、光線角度の広がりを抑えることができるため、Ｆナンバーが小さい投写光学系を用いる必要が無くなる。従って、小型な投写光学系を用いてさらに良好な解像性能が得られ、かつ光利用効率の低下をさらに低減できる。
【０００８】
また、本発明の好ましい態様としては、第２基板は、液晶層から射出した光が入射する第１面と、第１面から透過した光を射出する第２面と、を有し、集光領域は、第２面より第１面に近い位置に形成されることが望ましい。これにより、十分な厚みを持たせた第２基板のうち、マイクロレンズからの光を取り込み可能な位置に集光領域を設けることができる。
【０００９】
また、本発明の好ましい態様としては、集光領域は、光を屈折させる屈折率分布型レンズを備えることが望ましい。これにより、光を集光することができる。
【００１０】
また、本発明の好ましい態様としては、集光領域は、第１方向と、第１方向に略直交する第２方向とに並列され、略同一の屈折率の領域が、第１方向及び第２方向より、第１方向及び第２方向のいずれにも略直交する第３方向へ広く分布することが望ましい。これにより、互いに異なる屈折率の領域を用いて光を屈折させることが可能となる。
【００１１】
また、本発明の好ましい態様としては、集光領域は、光を回折させる回折型レンズを備えることが望ましい。これにより、光を集光することができる。
【００１２】
また、本発明の好ましい態様としては、集光領域は、第１方向と、第１方向に略直交する第２方向とに並列され、略同一の屈折率の領域が、第２方向より第１方向へ広く分布することが望ましい。これにより、第２方向より第１方向へ長い形状の開口領域からの光を効率良く集光することができる。
【００１３】
また、本発明の好ましい態様としては、マイクロレンズ及び集光領域は、アフォーカル系を構成することが望ましい。これにより、マイクロレンズにより集光した後に拡散した光を、平行化させることができる。
【００１４】
さらに、本発明に係る画像表示装置は、光を射出する光源部と、光源部から射出された光を画像信号に応じて変調する上記の空間光変調装置と、を有することを特徴とする。上記の空間光変調装置を用いることにより、光利用効率の低下を低減可能とし、かつ製造上の困難性を軽減できる。これにより、高い光利用効率で明るい画像を表示でき、かつ容易に製造可能な画像表示装置を得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下に図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明する。
【実施例１】
【００１６】
図１は、本発明の実施例１に係る画像表示装置であるプロジェクタ１０の概略構成を示す。プロジェクタ１０は、スクリーン２９へ投写光を投写し、スクリーン２９で反射する光を観察することで画像を鑑賞するフロント投写型のプロジェクタである。超高圧水銀ランプ１１は、赤色（Ｒ）光、緑色（Ｇ）光、青色（Ｂ）光を含む光を射出する光源部である。第１インテグレータレンズ１２及び第２インテグレータレンズ１３は、アレイ状に配列された複数のレンズ素子を有する。第１インテグレータレンズ１２は、超高圧水銀ランプ１１からの光束を複数に分割する。第１インテグレータレンズ１２の各レンズ素子は、超高圧水銀ランプ１１からの光束を第２インテグレータレンズ１３のレンズ素子近傍にて集光させる。第２インテグレータレンズ１３のレンズ素子は、第１インテグレータレンズ１２のレンズ素子の像を空間光変調装置上に形成する。
【００１７】
２つのインテグレータレンズ１２、１３を経た光は、偏光変換素子１４にて特定の振動方向の直線偏光に変換される。重畳レンズ１５は、第１インテグレータレンズ１２の各レンズ素子の像を空間光変調装置上で重畳させる。第１インテグレータレンズ１２、第２インテグレータレンズ１３及び重畳レンズ１５は、超高圧水銀ランプ１１からの光の強度分布を空間光変調装置上にて均一化させる。重畳レンズ１５からの光は、第１ダイクロイックミラー１６に入射する。第１ダイクロイックミラー１６は、Ｒ光を反射し、Ｇ光及びＢ光を透過させる。第１ダイクロイックミラー１６で反射したＲ光は、第１ダイクロイックミラー１６、反射ミラー１７でそれぞれ光路が折り曲げられ、Ｒ光用フィールドレンズ１８Ｒへ入射する。Ｒ光用フィールドレンズ１８Ｒは、反射ミラー１７からのＲ光を平行化し、Ｒ光用空間光変調装置１９Ｒへ入射させる。
【００１８】
Ｒ光用空間光変調装置１９Ｒは、Ｒ光を画像信号に応じて変調する空間光変調装置であって、透過型の液晶表示装置である。Ｒ光用空間光変調装置１９Ｒに設けられた不図示の液晶パネルは、２つの透明基板の間に、光を画像信号に応じて変調するための液晶層を封入している。Ｒ光用空間光変調装置１９Ｒ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２０へ入射する。
【００１９】
第１ダイクロイックミラー１６を透過したＧ光及びＢ光は、第２ダイクロイックミラー２１へ入射する。第２ダイクロイックミラー２１は、Ｇ光を反射し、Ｂ光を透過させる。第２ダイクロイックミラー２１で反射したＧ光は、第２ダイクロイックミラー２１で光路が折り曲げられ、Ｇ光用フィールドレンズ１８Ｇへ入射する。Ｇ光用フィールドレンズ１８Ｇは、第２ダイクロイックミラー２１からのＧ光を平行化し、Ｇ光用空間光変調装置１９Ｇへ入射させる。Ｇ光用空間光変調装置１９Ｇは、Ｇ光を画像信号に応じて変調する空間光変調装置であって、透過型の液晶表示装置である。Ｇ光用空間光変調装置１９Ｇで変調されたＧ光は、クロスダイクロイックプリズム２０のうちＲ光が入射した面とは異なる面へ入射する。
【００２０】
第２ダイクロイックミラー２１を透過したＢ光は、リレーレンズ２２を透過した後、反射ミラー２３での反射により光路が折り曲げられる。反射ミラー２３からのＢ光は、さらにリレーレンズ２４を透過した後、反射ミラー２５での反射により光路が折り曲げられ、Ｂ光用フィールドレンズ１８Ｂへ入射する。Ｒ光の光路及びＧ光の光路よりもＢ光の光路が長いことから、空間光変調装置における照明倍率を他の色光と等しくするために、Ｂ光の光路には、リレーレンズ２２、２４を用いるリレー光学系が採用されている。
【００２１】
Ｂ光用フィールドレンズ１８Ｂは、反射ミラー２５からのＢ光を平行化し、Ｂ光用空間光変調装置１９Ｂへ入射させる。Ｂ光用空間光変調装置１９Ｂは、Ｂ光を画像信号に応じて変調する空間光変調装置であって、透過型の液晶表示装置である。Ｂ光用空間光変調装置１９Ｂで変調されたＢ光は、クロスダイクロイックプリズム２０のうちＲ光が入射する面、Ｇ光が入射する面とは異なる面へ入射する。
【００２２】
クロスダイクロイックプリズム２０は、互いに略直交するように配置された２つのダイクロイック膜２６、２７を有する。第１ダイクロイック膜２６は、Ｒ光を反射し、Ｇ光及びＢ光を透過させる。第２ダイクロイック膜２７は、Ｂ光を反射し、Ｒ光及びＧ光を透過させる。クロスダイクロイックプリズム２０は、それぞれ異なる方向から入射したＲ光、Ｇ光及びＢ光を合成し、投写レンズ２８の方向へ射出する。投写レンズ２８は、クロスダイクロイックプリズム２０で合成された光をスクリーン２９の方向へ投写する。
【００２３】
図２は、Ｒ光用空間光変調装置１９Ｒの要部断面構成を示す。Ｇ光用空間光変調装置１９Ｇ及びＢ光用空間光変調装置１９Ｂは、Ｒ光用空間光変調装置１９Ｒと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。Ｒ光用空間光変調装置１９Ｒは、第１方向であるＸ軸方向、及び第１方向に略直交する第２方向であるＹ軸方向に略平行に設けられているとする。Ｚ軸方向は、第１方向及び第２方向のいずれにも略直交する第３方向である。Ｒ光用空間光変調装置１９Ｒは、画素電極基板３０ｂと、画素電極基板３０ｂに対して対向配設された対向基板３０ａと、画素電極基板３０ｂ及び対向基板３０ａの間に封入された液晶層３７とを備える。対向基板３０ａは、画素電極基板３０ｂに対して光が入射する側に配置されている。
【００２４】
対向基板３０ａのうち光が入射する面には、防塵ガラスである入射側ガラス基板３１が設けられている。入射側ガラス基板３１は、液晶層３７へ入射する光を透過させる第１基板として機能する。入射側ガラス基板３１の射出側には、マイクロレンズアレイ３２及び樹脂層３４が設けられている。マイクロレンズアレイ３２は、入射側ガラス基板３１を透過した光を集光する複数のマイクロレンズ３３を備える。複数のマイクロレンズ３３は、Ｘ軸及びＹ軸の二次元方向にアレイ状に配置されている。マイクロレンズアレイ３２は、例えば、所望のレンズ形状が形成された金型を用いた転写により製造することができる。マイクロレンズアレイ３２は、この他、従来用いられるいずれの製造方法により製造することとしても良い。樹脂層３４の射出側には、不図示のカバーガラスが固着されている。カバーガラスの射出側には、遮光部３５及び対向電極３６が形成されている。
【００２５】
遮光部３５は、複数の開口領域３５ｂと、開口領域３５ｂ同士の間に形成された遮光領域３５ａとを有する。遮光部３５は、遮光領域３５ａにおいて光を遮光し、マイクロレンズ３３により集光した光を開口領域３５ｂから通過させる。マイクロレンズ３３は、ＸＹ面内における位置を開口領域３５ｂに一致させて設けられている。対向電極３６は、導電性の透明部材、例えばＩＴＯを用いて構成されている。対向電極３６の射出側には、ラビング処理等の所定の配向処理が施された不図示の配向膜が設けられている。配向膜は、例えば、ポリイミド膜等の透明な有機膜で構成されている。
【００２６】
画素電極基板３０ｂのうち光が射出する面には、防塵ガラスである射出側ガラス基板４１が設けられている。射出側ガラス基板４１は、液晶層３７から射出した光を透過させる第２基板として機能する。射出側ガラス基板４１は、液晶層３７から射出した光が入射する第１面Ｓ１と、第１面Ｓ１から透過した光が射出する第２面Ｓ２とを有している。射出側ガラス基板４１は、例えば、石英部材を用いて構成されている。射出側ガラス基板４１の入射側には、ＴＦＴ基板３９が形成されている。ＴＦＴ基板３９の入射側には、画素電極４０、及び配向膜３８が設けられている。画素電極４０は、開口領域３５ｂに対応して設けられている。画素電極４０は、対向電極３６と同様、導電性の透明部材、例えばＩＴＯを用いて構成されている。液晶層３７は、対向基板３０ａ及び画素電極基板３０ｂの間に封入されている。
【００２７】
複数の集光領域４２は、射出側ガラス基板４１の内部に設けられている。集光領域４２は、射出側ガラス基板４１のうち、光を集光する集光作用を持たせた領域である。複数の集光領域４２は、Ｘ軸及びＹ軸の二次元方向にアレイ状に形成されている。集光領域４２は、ＸＹ面内における位置を開口領域３５ｂに一致させて設けられている。集光領域４２は、射出側ガラス基板４１のうち、第２面Ｓ２より第１面Ｓ１に近い位置に形成されている。
【００２８】
図３は、ＸＹ断面における集光領域４２の構成を模式的に表したものである。ＸＹ面内において、集光領域４２は、中心へ向かうに従い高い屈折率となるような屈折率の勾配を有している。略同一の屈折率を持たせた各領域４３は、ＸＹ面内における集光領域４２の中心位置を中心とする同心円状に分布している。このように、集光領域４２は、中心へ向かうに従い屈折率が高くなるように、互いに異なる屈折率の複数の領域を組み合わせて構成されている。集光領域４２のうち屈折率分布を持たせた部分は、光を屈折させる屈折率分布型レンズとして機能する。屈折率分布を持たせた部材を透過する光は、屈折率が高いほうへ屈折する。集光領域４２は、中心へ向かうに従い高い屈折率とすることにより、光を中心へ向けて屈折させるような集光作用を持たせた構成にできる。
【００２９】
図４は、ＸＺ断面における集光領域４２の構成を模式的に表したものである。ＸＺ面内においても、集光領域４２は、中心へ向かうに従い高い屈折率となるような屈折率の勾配を有している。ＸＺ面内では、略同一の屈折率を持たせた各領域４３がＸ軸方向よりもＺ軸方向へ広く分布する。図示を省略するが、ＹＺ面内でも、略同一の屈折率を持たせた領域がＹ軸方向よりもＺ軸方向へ広く分布する。このように、集光領域４２は、略同一の屈折率を持たせた領域が、Ｘ軸方向及びＹ軸方向よりＺ軸方向へ広く分布する。かかる構成により、屈折率勾配を持たせた部分において光を屈折させることが可能となる。
【００３０】
集光領域４２は、射出側ガラス基板４１を構成する石英部材へパルスレーザ光を照射することにより形成できる。レーザ光の照射により材料内部を部分的に加熱することにより、周辺部分よりも高い屈折率の部分を形成できる。パルスレーザ光としては、１０−１５〜１０−１３秒程度のパルス幅を持つフェムト秒レーザ光を使用することができる。フェムト秒レーザ加工は、レーザ光の集光点を三次元的に走査させることにより、任意形状の屈折率上昇領域を材料内部に直接形成することができる。従って、レーザ光を適宜走査させることにより、略同一の屈折率を持たせた領域がＸ軸方向及びＹ軸方向よりＺ軸方向へ広く分布する集光領域４２を形成することができる。材料として石英を使用することで、優れた熱安定性を得られ、かつ射出側ガラス基板４１のひずみを少なくできる。各色光用空間光変調装置１９Ｒ、１９Ｇ、１９Ｂは、予めマイクロレンズアレイ３２が形成された対向基板３０ａと、予め集光領域４２が形成された画素電極基板３０ｂとを、液晶層３７を介して貼り合わせる工程を経て製造することができる。
【００３１】
図５は、マイクロレンズ３３及び集光領域４２を透過する光の振舞いについて説明するものである。ここでは、一つのマイクロレンズ３３、及び一つの集光領域４２を示し、その他の構成の図示を省略している。Ｚ軸方向における集光領域４２の位置は、マイクロレンズ３３の後側焦点と、集光領域４２の前側焦点とが略一致するように設定されている。マイクロレンズ３３及び集光領域４２は、アフォーカル系を構成する。マイクロレンズ３３の後側焦点及び集光領域４２の前側焦点は、画素電極基板３０ｂよりも入射側、例えば液晶層３７内に設定される。
【００３２】
マイクロレンズ３３へ入射した平行光は、マイクロレンズ３３の集光作用により集光した後、拡散する。一方、集光領域４２は、集光作用により、マイクロレンズ３３からの光の光線角度を小さくする。本実施例ではマイクロレンズ３３の後側焦点と集光領域４２の前側焦点とを一致させているため、集光領域４２へ入射した拡散光は、平行光となって集光領域４２から射出する。このように、集光領域４２は、マイクロレンズ３３により集光した後に拡散した光を、平行化する。各色光用空間光変調装置１９Ｒ、１９Ｇ、１９Ｂは、各開口領域３５ｂに対応して集光領域４２を設けることにより、各画素について平行光を射出することができる。なお、各色光用空間光変調装置１９Ｒ、１９Ｇ、１９Ｂには、平行光のみならず、光軸に対してある程度の角度をなす光も入射する。マイクロレンズ３３の後側焦点と、集光領域４２の前側焦点とを略一致させることにより、光の角度は、各色光用空間光変調装置１９Ｒ、１９Ｇ、１９Ｂへの入射時及び射出時において同じとなる。光の角度を保存可能とすることで、平行光以外の光の拡散を低減させることができる。
【００３３】
射出側ガラス基板４１の内部に集光領域４２を設けることにより、十分な厚みを持たせた射出側ガラス基板４１を使用することが可能となる。例えば、１０μｍの画素ピッチに対して射出側ガラス基板４１の厚みを１ｍｍ程度とすることにより、画素電極基板３０ｂについて十分な強度を確保することができる。また、マイクロレンズ３３の後側焦点と、集光領域４２の前側焦点とが略一致する位置に集光領域４２を設けることができる。かかる構成により、一つの画素に対応するマイクロレンズ３３からの光が他の画素に対応する集光領域４２へ入射することにより生じる画質の劣化を低減させることもできる。
【００３４】
各色光用空間光変調装置１９Ｒ、１９Ｇ、１９Ｂから平行光を射出可能とすることにより、投写レンズ２８で光が取り込まれないことによる光利用効率の低下を低減できる。これにより、光利用効率の低下を低減可能とし、かつ製造上の困難性を軽減できるという効果を奏する。また、各色光用空間光変調装置１９Ｒ、１９Ｇ、１９Ｂから射出される光について、光線角度の広がりを抑えることができるため、Ｆナンバーが小さい投写光学系を用いる必要が無くなる。従って、小型な投写レンズ２８を用いて良好な解像性能が得られる。
【００３５】
図６は、集光領域の変形例について説明するものである。図６に示す集光領域４５は、ＸＹ面内において、略同一の屈折率を持たせた各領域４６が楕円状に分布している。集光領域４５は、ＸＹ面内において、略同一の屈折率を持たせた各領域４６がＹ軸方向よりもＸ軸方向へ広く分布する。上記の開口領域３５ｂ（図２参照）がＹ軸方向よりＸ軸方向へ長い矩形形状である場合、本変形例の集光領域４５を適用することにより、開口領域３５ｂからの光を効率良く集光することができる。集光領域４５は、開口領域３５ｂの形状に応じて適宜変形することができる。
【実施例２】
【００３６】
図７は、本発明の実施例２に係る空間光変調装置５０の要部断面構成を示す。本実施例の空間光変調装置５０は、上記実施例１のプロジェクタ１０に適用することができる。本実施例の空間光変調装置５０は、回折型レンズを備える集光領域５２を有することを特徴とする。上記実施例１と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００３７】
画素電極基板５１ｂのうち光が射出する面には、防塵ガラスである射出側ガラス基板５３が設けられている。射出側ガラス基板５３は、液晶層３７から射出した光を透過させる第２基板として機能する。射出側ガラス基板５３は、例えば、石英部材を用いて構成されている。液晶層３７は、対向基板３０ａ及び画素電極基板５１ｂの間に封入されている。複数の集光領域５２は、射出側ガラス基板５３の内部に設けられている。集光領域５２は、射出側ガラス基板５３のうち、光を集光する集光作用を持たせた領域である。複数の集光領域５２は、Ｘ軸及びＹ軸の二次元方向にアレイ状に形成されている。集光領域５２は、ＸＹ面内における位置を開口領域３５ｂに一致させて設けられている。集光領域５２は、射出側ガラス基板５３のうち、第２面Ｓ２より第１面Ｓ１に近い位置に形成されている。
【００３８】
図８は、ＸＹ断面における集光領域５２の構成を模式的に表したものである。図９は、ＸＺ断面における集光領域５２の構成を模式的に表したものである。集光領域５２は、高屈折率の領域５４と低屈折率の領域５５とを組み合わせた、いわゆるフレネルゾーンプレートと同様の構成を有する。ＸＹ断面において、高屈折率の領域５４と低屈折率の領域５５とは、いずれも集光領域５２の中心位置を中心とする同心円状に、交互に分布している。このように、集光領域５２は、互いに異なる屈折率の高屈折率の領域５４と低屈折率の領域５５とを組み合わせて構成されている。高屈折率の領域５４及び低屈折率の領域５５は、いずれも中心から離れるに従って幅が狭くなるように形成されている。高屈折率の領域５４と低屈折率の領域５５とを組み合わせた部分は、光を回折させる回折型レンズとして機能する。集光領域５２は、Ｚ軸方向については略一定の屈折率で構成されている。
【００３９】
集光領域５２は、高屈折率の領域５４及び低屈折率の領域５５を用いた回折作用により、光線角度を小さくする方向へ光を偏向させる。集光領域５２の各位置へ入射する光線角度、及び光の波長に応じて高屈折率の領域５４、低屈折率の領域５５の幅を適宜設定することにより、所望の方向へ光を偏向させることができる。集光領域５２へ入射する光は中心から離れるに従って大きい光線角度をなすことから、中心から離れるに従って幅が狭くなるように高屈折率の領域５４及び低屈折率の領域５５を形成することで、光を中心へ向けて偏向させるような集光作用を持つ構成にできる。
【００４０】
集光領域５２は、パルスレーザ光の照射によって高屈折率の領域５４を形成することで得られる。同心円状の領域について交互に高屈折率の領域５４を形成することにより、高屈折率の領域５４同士の間に残された領域を低屈折率の領域５５とすることができる。
【００４１】
図１０は、マイクロレンズ３３及び集光領域５２を透過する光の振舞いについて説明するものである。ここでは、一つのマイクロレンズ３３、及び一つの集光領域５２を示し、その他の構成の図示を省略している。Ｚ軸方向における集光領域５２の位置は、マイクロレンズ３３の後側焦点と、集光領域５２の前側焦点とが略一致するように設定されている。マイクロレンズ３３及び集光領域５２は、アフォーカル系を構成する。
【００４２】
マイクロレンズ３３へ入射した平行光は、マイクロレンズ３３の集光作用により集光した後、拡散する。一方、集光領域５２は、集光作用により、マイクロレンズ３３からの光の光線角度を小さくする。上記実施例１と同様に、本実施例でもマイクロレンズ３３の後側焦点と集光領域５２の前側焦点とを一致させているため、集光領域５２へ入射した拡散光は、平行光となって集光領域５２から射出する。このように、集光領域５２は、マイクロレンズ３３により集光した後に拡散した光を、平行化する。空間光変調装置５０は、各開口領域３５ｂに対応して集光領域５２を設けることにより、各画素について平行光を射出することができる。本実施例の場合も、光利用効率の低下を低減可能とし、かつ製造上の困難性を軽減できる。本実施例の場合も、上記実施例１の場合と同様に、集光領域５２は、開口領域３５ｂの形状に応じて適宜変形しても良い。集光領域５２は、例えば、高屈折率の領域５４及び低屈折率の領域５５を、Ｙ軸方向よりもＸ軸方向へ広く分布させても良い。
【００４３】
図１１は、集光領域の変形例について説明するものである。図１１に示す集光領域５７は、高屈折率の領域５８がフレネルレンズと同様の形状で形成されている。高屈折率の領域５８は、凸レンズの凸面を切り出した輪状の切片を同心円状に配置した形状を有する。かかる構成の集光領域５７を用いることにより、最も効率良く光を回折可能とし、光利用効率を向上させることができる。図９に示す集光領域５２を本変形例に近い構成とすることによって、回折効率を向上させることが可能となる。本変形例の場合も、高屈折率の領域５８を、Ｙ軸方向よりもＸ軸方向へ広い楕円形状としても良い。
【００４４】
本発明の空間光変調装置１９Ｒ、１９Ｇ、１９Ｂ、５０は、マイクロレンズ３３の後側焦点と、集光領域４２、５２、５７の前側焦点とが一致する構成に限られない。集光領域４２、５２、５７の集光作用によって、集光領域４２、５２、５７から射出する光の光線角度を小さくできれば良く、マイクロレンズ３３の後側焦点と集光領域４２、５２、５７の前側焦点とが互いに異なる位置であっても良い。空間光変調装置１９Ｒ、１９Ｇ、１９Ｂ、５０から射出する光について、光線角度の広がりを抑えることで、Ｆナンバーが小さい投写光学系を不要にできる。これにより、小型な投写レンズ２８を用いて良好な解像性能が得られる。
【００４５】
また、プロジェクタ１０は、光源部として超高圧水銀ランプ１１を用いる構成に限られない。光源部は、超高圧水銀ランプ１１以外のランプや、発光ダイオード素子（ＬＥＤ）、レーザ光源等を用いる構成としても良い。プロジェクタ１０は、色光ごとに空間光変調装置を備える構成に限られず、一つの空間光変調装置により二つ又は三つ以上の色光を変調する構成としても良い。プロジェクタ１０は、スクリーンの一方の面に光を供給し、スクリーンの他方の面から射出する光を観察することで画像を鑑賞する、いわゆるリアプロジェクタであっても良い。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の実施例１に係るプロジェクタの概略構成を示す図。
【図２】Ｒ光用空間光変調装置の要部概略構成を示す図。
【図３】ＸＹ断面における集光領域の構成を模式的に表した図。
【図４】ＸＺ断面における集光領域の構成を模式的に表した図。
【図５】マイクロレンズ及び集光領域を透過する光の振舞いについて説明する図。
【図６】集光領域の変形例について説明する図。
【図７】本発明の実施例２に係る空間光変調装置の要部断面構成を示す図。
【図８】ＸＹ断面における集光領域の構成を模式的に表した図。
【図９】ＸＺ断面における集光領域の構成を模式的に表した図。
【図１０】マイクロレンズ及び集光領域を透過する光の振舞いについて説明する図。
【図１１】集光領域の変形例について説明する図。
【符号の説明】
【００４７】
１０  プロジェクタ、１１  超高圧水銀ランプ、１２  第１インテグレータレンズ、１３  第２インテグレータレンズ、１４  偏光変換素子、１５  重畳レンズ、１６  第１ダイクロイックミラー、１７、２３、２５  反射ミラー、１８Ｒ  Ｒ光用フィールドレンズ、１８Ｇ  Ｇ光用フィールドレンズ、１８Ｂ  Ｂ光用フィールドレンズ、１９Ｒ  Ｒ光用空間光変調装置、１９Ｇ  Ｇ光用空間光変調装置、１９Ｂ  Ｂ光用空間光変調装置、２０  クロスダイクロイックプリズム、２１  第２ダイクロイックミラー、２２、２４  リレーレンズ、２６  第１ダイクロイック膜、２７  第２ダイクロイック膜、２８  投写レンズ、２９  スクリーン、３０ａ  対向基板、３０ｂ  画素電極基板、３１  入射側ガラス基板、３２  マイクロレンズアレイ、３３  マイクロレンズ、３４  樹脂層、３５  遮光部、３５ａ  遮光領域、３５ｂ  開口領域、３６  対向電極、３７  液晶層、３８  配向膜、３９  ＴＦＴ基板、４０  画素電極、４１  射出側ガラス基板、４２  集光領域、Ｓ１  第１面、Ｓ２  第２面、４３、４６  領域、４５  集光領域、５０  空間光変調装置、５１ｂ  画素電極基板、５２  集光領域、５３  射出側ガラス基板、５４、５５、５８  領域、５７  集光領域
【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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