專利名稱：空間光調(diào)制裝置和投影機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及空間光調(diào)制裝置和投影機(jī)，特別是液晶空間光調(diào)制裝置。
背景技術(shù)：
作為圖像顯示裝置，大多使用液晶面板(液晶顯示裝置)、CRT顯示裝置、等離子體顯示裝置等點(diǎn)矩陣圖像顯示裝置。點(diǎn)矩陣圖像顯示裝置利用二維周期性地排列的大量的像素表現(xiàn)圖像。這時(shí)，會發(fā)現(xiàn)發(fā)生由該周期性排列結(jié)構(gòu)引起的所謂采樣噪音從而畫質(zhì)劣化(圖像粗糙)的現(xiàn)象。并且，已提案了降低畫質(zhì)劣化的現(xiàn)象的方法(例如，參見專利文獻(xiàn)1)。
專利文獻(xiàn)1特開平8-122709號公報(bào)在點(diǎn)矩陣圖像顯示裝置中，在像素與像素之間的區(qū)域，為了降低不需要的光而設(shè)置了稱為黑底(黑矩陣)的遮光部。近年來，作為圖像顯示裝置的使用形式，已是從比較近的距離觀察大畫面的情況。因此，觀察者有時(shí)就識別出了黑底的像。這樣，以往的點(diǎn)矩陣圖像顯示裝置由于黑底的像而如平滑性少的圖像或粗糙的圖像等那樣，畫質(zhì)將發(fā)生劣化。在上述專利文獻(xiàn)1中，要降低黑底的像引起的畫質(zhì)的劣化是困難的。
因此，為了使觀察者識別不出黑底等的遮光部，考慮了使來自圖像顯示裝置的光向棱鏡群入射。棱鏡群的平坦部使來自圖像顯示裝置的光原樣透過。另外，棱鏡群的折射部使來自圖像顯示裝置的光發(fā)生折射后透過。這樣透過棱鏡群的光除了在平坦部射出后原樣直線前進(jìn)的光外，還包括在棱鏡的折射部光路發(fā)生偏向的光。由光路發(fā)生偏向的光在黑底上形成像素像。這樣，就可以降低識別出黑底的情況。
但是，有時(shí)發(fā)生由構(gòu)成棱鏡群的各棱鏡元件的排列的周期性結(jié)構(gòu)或棱鏡元件的深度、排列圖形、排列間距等引起的衍射光。來自棱鏡群的衍射光向與本來想折射的方向不同的方向分散照射。由于該衍射光，圖像將不鮮明，引起圖像的畫質(zhì)劣化。另外，在圖像顯示裝置的指定的區(qū)域發(fā)生衍射而在其他區(qū)域不發(fā)生衍射時(shí)，顯示的圖像將成為例如格子狀的強(qiáng)度不均勻的圖像，所以，存在圖像的畫質(zhì)劣化的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明就是為了解決上述問題而提案的，目的旨在提供觀察者識別不出黑底等遮光部的像從而可以得到高品質(zhì)的平滑的畫質(zhì)的空間光調(diào)制裝置和投影機(jī)。
為了解決上述問題，達(dá)到本發(fā)明的目的，按照第1發(fā)明，提供了一種空間光調(diào)制裝置，是具有根據(jù)圖像信號調(diào)制入射光而射出的調(diào)制部、設(shè)置在上述調(diào)制部的射出側(cè)的使來自上述調(diào)制部的光折射的折射部和使來自上述調(diào)制部的光透過的平坦部的空間光調(diào)制裝置，其特征在于上述調(diào)制部具有排列成矩陣狀的多個(gè)像素部和設(shè)置在上述多個(gè)像素部之間的遮光部；上述折射部具有由至少具有折射面的棱鏡元件構(gòu)成的棱鏡群；來自上述多個(gè)像素部中之一的上述像素部的光入射到上述多個(gè)棱鏡群中的至少一部分上述棱鏡群上；上述折射面具有在離上述折射部指定距離的投影面上將上述像素部的投影像向上述遮光部的投影像上引導(dǎo)的上述折射面的取向，以及上述折射面與光軸的交點(diǎn)在離上述平坦部最遠(yuǎn)的位置與上述光軸大致垂直方向上形成的基準(zhǔn)面和上述折射面構(gòu)成的角度；設(shè)從上述基準(zhǔn)面到上述平坦部的距離為d、上述入射光的波長為λ、上述棱鏡群的折射率為n時(shí)，則滿足以下的任一條件式。
(1)d＜0.95×λ/(2×(n-1))
(2)d＞1.05×λ/(2×(n-1))這樣，來自1個(gè)像素部的光就入射到棱鏡群上。入射到棱鏡群上的光在棱鏡群的折射面折射后使光路向指定方向彎折。這時(shí)，可以根據(jù)折射面的取向和折射面與基準(zhǔn)面構(gòu)成的角度，控制光路彎折射的方向及其大小(折射角)。在本發(fā)明中，在離折射部指定距離的投影面上，折射的光形成的像素部的投影像向遮光部的投影像上導(dǎo)引。結(jié)果，在離折射部指定距離的投影面上，在遮光部的投影像的區(qū)域重疊地形成像素部的投影像。因此，在投影面上，觀察者識別不出遮光部，可以觀看平滑的粗糙感降低的圖像。
另外，在棱鏡群中，與折射面的折射光一起，由構(gòu)成棱鏡群的各棱鏡元件的深度引起而產(chǎn)生衍射光。在本發(fā)明中，采用滿足以下的條件式(1)或(2)的結(jié)構(gòu)。
(1)d＜0.95×λ/(2×(n-1))(2)d＞1.05×λ/(2×(n-1))從上述基準(zhǔn)面到上述平坦部的距離d滿足下式(A)(A)d＝λ/(2×(n-1))的條件時(shí)，衍射效率提高。與此相反，在本發(fā)明中，希望不發(fā)生衍射光或即使發(fā)生衍射光也是觀察者識別不出的程度。因此，在本發(fā)明中，通過滿足條件式(1)或(2)，可以使與由條件式(A)規(guī)定的深度d不同。于是，觀察者就可以觀察到衍射光降低的品質(zhì)優(yōu)異的圖像。因此，按照本發(fā)明，觀察者識別不出黑底等的遮光部的像，可以觀察到高品質(zhì)的平滑的畫質(zhì)。
理想的情況，最好滿足以下的條件式(3)或(4)。
(3)d＜0.9×λ/(2×(n-1))(4)d＞1.1×λ/(2×(n-1))此外，更理想的情況，最好滿足以下的條件式(5)或(6)。
(5)d＜0.7×λ/(2×(n-1))(6)d＞1.3×λ/(2×(n-1))通過滿足上述條件式(3)～(6)的任一條件式，可以進(jìn)一步減小來自棱鏡元件的衍射光的強(qiáng)度。這樣，便可得到更高品質(zhì)的圖像。
另外，按照第2發(fā)明，提供一種空間光調(diào)制裝置，是具有根據(jù)圖像信號調(diào)制入射光而射出的調(diào)制部、設(shè)置在上述調(diào)制部的射出側(cè)的使來自上述調(diào)制部的光折射的折射部和使來自上述調(diào)制部的光透過的平坦部的空間光調(diào)制裝置，其特征在于上述調(diào)制部具有排列成矩陣狀的多個(gè)像素部和設(shè)置在上述多個(gè)像素部之間的遮光部；上述折射部具有由至少具有折射面的棱鏡元件構(gòu)成的棱鏡群；來自上述多個(gè)像素部中之一的上述像素部的光入射到上述多個(gè)棱鏡群中的至少一部分上述棱鏡群上；上述折射面具有在離上述折射部指定距離的投影面上將上述像素部的投影像向上述遮光部的投影像上導(dǎo)引的上述折射面的取向，以及上述折射面與和光軸大致垂直的作為形成有上述棱鏡群的基板的一方的面的基準(zhǔn)面構(gòu)成的角度；從上述基準(zhǔn)面到上述平坦部的距離和從上述基準(zhǔn)面到上述折射面上的指定位置的距離分別以非周期性的方式形成。
作為由棱鏡群發(fā)生衍射光的結(jié)構(gòu)之一，可以列舉有棱鏡元件的周期性的結(jié)構(gòu)。在第2發(fā)明中，從基準(zhǔn)面到上述平坦部的距離和從上述基準(zhǔn)面到上述折射面上的指定位置的距離分別以非周期性的方式形成。這樣，就可以降低由棱鏡元件的周期性結(jié)構(gòu)引起的衍射光的發(fā)生。結(jié)果，觀察者識別不出黑底等的遮光部的像，可以觀察到高品質(zhì)的平滑的畫質(zhì)。
另外，按照第3發(fā)明，提供一種空間光調(diào)制裝置，是具有根據(jù)圖像信號調(diào)制入射光而射出的調(diào)制部、設(shè)置在上述調(diào)制部的射出側(cè)的使來自上述調(diào)制部的光折射的折射部和使來自上述調(diào)制部的光透過的平坦部的空間光調(diào)制裝置，其特征在于上述調(diào)制部具有排列成矩陣狀的多個(gè)像素部和設(shè)置在上述多個(gè)像素部之間的遮光部；上述折射部具有由至少具有折射面的棱鏡元件構(gòu)成的棱鏡群；來自上述多個(gè)像素部中之一的上述像素部的光入射到上述多個(gè)棱鏡群中的至少一部分上述棱鏡群上；上述折射面具有在離上述折射部指定距離的投影面上將上述像素部的投影像向上述遮光部的投影像上導(dǎo)引的上述折射面的取向，以及上述折射面與上述平坦部構(gòu)成的角度；上述棱鏡群沿大致直線的形狀排列，上述大致直線的數(shù)量是每單位面積小于等于15條。
作為由棱鏡群發(fā)生衍射光的結(jié)構(gòu)之一，可以列舉有棱鏡元件的排列的周期性的結(jié)構(gòu)。在第3發(fā)明中，棱鏡群沿大致直線的形狀排列時(shí)，大致直線的數(shù)量為每單位面積小于等于15條。這樣，就可以降低棱鏡元件的排列的周期性結(jié)構(gòu)引起的衍射光的發(fā)生。結(jié)果，觀察者識別不出黑底等的遮光部的像，可以觀察到高品質(zhì)的平滑的畫質(zhì)。
另外，理想的情況，最好大致直線的數(shù)量為每單位面積10～12條。此外，更理想的是大致直線的數(shù)量為每單位面積7～9條。這樣，就可以更可靠地降低棱鏡元件的排列的周期性結(jié)構(gòu)引起的衍射光的發(fā)生。
另外，按照第3發(fā)明的理想的形式，上述單位面積最好由向上述調(diào)制部供給入射光的照明光學(xué)系統(tǒng)的數(shù)值孔徑和來自上述調(diào)制部的調(diào)制過的射出光所入射的投影光學(xué)系統(tǒng)的數(shù)值孔徑來決定。這樣，可以在所需最小限度的單位面積中限制棱鏡元件的排列的周期性結(jié)構(gòu)。結(jié)果，在由棱鏡群的折射面發(fā)生折射作用的同時(shí)，可以降低衍射光的發(fā)生。因此，觀察者識別不出黑底等的遮光部的像，可以觀察到高品質(zhì)的平滑的畫質(zhì)。
另外，按照第4發(fā)明，可以提供具有供給光的光源。上述空間光調(diào)制裝置和用于投影來自空間光調(diào)制裝置的光的透鏡鏡頭的投影機(jī)。這樣，就可以得到識別不出黑底等的遮光部的像的高品質(zhì)的平滑畫質(zhì)的投影像。


圖1是本發(fā)明的實(shí)施例1的投影機(jī)的概略結(jié)構(gòu)圖。
圖2是實(shí)施例1的液晶面板的概略結(jié)構(gòu)圖。
圖3是實(shí)施例1的黑底部的概略圖。
圖4是實(shí)施例1的黑底部像的概略圖。
圖5是實(shí)施例1的液晶面板的剖面圖。
圖6(a)是說明實(shí)施例1的棱鏡元件的折射的圖，圖6(b)是棱鏡元件的俯視圖。
圖7是說明實(shí)施例1的投影像的圖。
圖8是棱鏡群的變形的剖面結(jié)構(gòu)圖。
圖9是實(shí)施例1的棱鏡群的剖面結(jié)構(gòu)圖。
圖10是實(shí)施例2的棱鏡群的剖面結(jié)構(gòu)圖。
圖11是實(shí)施例3的棱鏡群的說明圖。
圖12是實(shí)施例3的單位面積的說明圖。
圖13是棱鏡群的變形的剖面結(jié)構(gòu)圖。
圖14是實(shí)施例4的棱鏡群的說明圖。
圖15是實(shí)施例5的棱鏡群的說明圖。
具體實(shí)施例方式
下面，參照附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。
(實(shí)施例1)(投影機(jī)全體說明)首先，參照圖1說明本發(fā)明實(shí)施例1的投影機(jī)的概略結(jié)構(gòu)。其次，參照圖2以后的圖說明本實(shí)施例的特征的結(jié)構(gòu)。首先，在圖1中，作為光源部的超高壓水銀燈101供給包含作為第1色光的紅色光(以下，稱為R光)、作為第2色光的綠色光(以下，稱為G光)和作為第3色光的藍(lán)色光(以下，稱為B光)的光。積分器(インテグレ一タ)104使來自超高壓水銀燈101的光的照度分布均勻化。照度分布被均勻化后的光由偏振變換元件105變換為具有特定的振動(dòng)方向的偏振光，例如s偏振光。變換為s偏振光的光入射到構(gòu)成色分離光學(xué)系統(tǒng)的R光透過分色鏡106R上。下面，說明R光。R光透過分色鏡106R將R光透過，反射G光和B光。透過R光透過分色鏡106R的R光入射到反射鏡107上。反射鏡107使R光的光路彎折90度。光路被彎折的R光入射到根據(jù)圖像信號調(diào)制作為第1色光的R光的第1色光用空間光調(diào)制裝置110R上。第1色光用空間光調(diào)制裝置110R是根據(jù)圖像信號調(diào)制R光的透過型的液晶顯示裝置。透過分色鏡后光的偏振方向也不變化，所以，入射到第1色光用空間光調(diào)制裝置110R上的R光還是s偏振光的狀態(tài)。
第1色光用空間光調(diào)制裝置110R具有λ/2相位差板123R、玻璃板124R、第1偏振板121R、液晶面板120R和第2偏振板122R。下面將描述液晶面板120R的詳細(xì)結(jié)構(gòu)。λ/2相位差板123R和第1偏振板121R以與不變換偏振方向的透光性的玻璃板124R相接的狀態(tài)配置。這樣，第1偏振板121R和λ/2相位差板123R就可以避免發(fā)熱引起的畸變的問題。在圖1中，第2偏振板122R獨(dú)立地設(shè)置，但是，也可以以與液晶面板120R的射出面或交叉分色棱鏡112的入射面相接的狀態(tài)配置。
入射到第1色光用空間光調(diào)制裝置110R上的s偏振光由λ/2相位差板123R變換為p偏振光。變換為p偏振光的R光原樣透過玻璃板124R和第1偏振板121R，入射到液晶面板120R上。入射到液晶面板120R上的p偏振光通過根據(jù)圖像信號的調(diào)制，R光變換為s偏振光。通過液晶面板120R的調(diào)制變換為s偏振光的R光從第2偏振板122R射出。這樣，由第1色光用空間光調(diào)制裝置110R調(diào)制的R光入射到作為色合成光學(xué)系統(tǒng)的交叉分色棱鏡112上。
其次，說明G光。由R光透過分色鏡106R反射的G光和B光，光路彎折90度。光路被彎折的G光和B光入射到B光透過分色鏡106G上。B光透過分色鏡106G反射G光，透過B光。由B光透過分色鏡106G反射的G光入射到根據(jù)圖像信號調(diào)制作為第2色光的G光的第2色光用空間光調(diào)制裝置110G上。第2色光用空間光調(diào)制裝置110G是根據(jù)圖像信號調(diào)制G光的透過型的液晶顯示裝置。第2色光用空間光調(diào)制裝置110G具有液晶面板120G、第1偏振板121G和第2偏振板122G。關(guān)于液晶面板120G的詳細(xì)情況，后面進(jìn)行說明。
入射到第2色光用空間光調(diào)制裝置110G上的G光被變換為s偏振光。入射到第2色光用空間光調(diào)制裝置110G上的s偏振光原樣透過第1偏振板121G，入射到液晶面板120G上。入射到液晶面板120G上的s偏振光通過根據(jù)圖像信號的調(diào)制，G光被變換為p偏振光。通過液晶面板120G的調(diào)制變換為p偏振光的G光從第2偏振板122G射出。這樣，由第2色光用空間光調(diào)制裝置110G調(diào)制的G光入射到作為色合成光學(xué)系統(tǒng)的交叉分色棱鏡112上。
其次，說明B光。透過B光透過分色鏡106G的B光經(jīng)由2塊中繼透鏡108和2塊反射鏡107入射到根據(jù)圖像信號調(diào)制作為第3色光的B光的第3色光用空間光調(diào)制裝置110B上。第3色光用空間光調(diào)制裝置110B是根據(jù)圖像信號調(diào)制B光的透過型的液晶顯示裝置。
進(jìn)而，使B光經(jīng)由中繼透鏡108，是由于B光的光路的長度比R光和G光的光路的長度長的緣故。通過使用中繼透鏡108，可以將透過B光透過分色鏡106G的B光原樣引導(dǎo)到第3色光用空間光調(diào)制裝置110B。第3色光用空間光調(diào)制裝置110B具有λ/2相位差板123B、玻璃板124B、第1偏振板121B、液晶面板120B和第2偏振板122B。而且，第3色光用空間光調(diào)制裝置110B的結(jié)構(gòu)與上述第1色光用空間光調(diào)制裝置110R的結(jié)構(gòu)相同，所以，省略詳細(xì)的說明。
入射到第3色光用空間光調(diào)制裝置110B上的B光被變換為s偏振光。入射到第3色光用空間光調(diào)制裝置110B上的s偏振光由λ2相位差板123B變換為p偏振光。變換為p偏振光的B光原樣透過玻璃板124B和第1偏振板121B，入射到液晶面板120B上。入射到液晶面板120B上的p偏振光通過根據(jù)圖像信號的調(diào)制，B光被變換為s偏振光。通過液晶面板120B的調(diào)制變換為s偏振光的B光從第2偏振板122B射出。由第3色光用空間光調(diào)制裝置110B調(diào)制的B光入射到作為色合成光學(xué)系統(tǒng)的交叉分色棱鏡112上。這樣，構(gòu)成色分離光學(xué)系統(tǒng)的R光透過分色鏡106R和B光透過分色鏡106G將從超高壓水銀燈101供給的光分離為作為第1色光的R光、作為第2色光的G光和作為第3色光的B光。
作為色合成光學(xué)系統(tǒng)的交叉分色棱鏡112將2個(gè)分色膜112a、112b交叉地配置成X字型。分色膜112a反射B光，透過R光和G光。分色膜112b反射R光，透過B光和G光。這樣，交叉分色棱鏡112將由第1色光用空間光調(diào)制裝置110R、第2色光用空間光調(diào)制裝置110G和第3色光用空間光調(diào)制裝置110B分別調(diào)制的R光、G光和B光合成。投影透鏡114將由交叉分色棱鏡112合成的光投影到屏幕116上。這樣，在屏幕116上就可以得到全彩色圖像。
如上所述，從第1色光用空間光調(diào)制裝置110R和第3色光用空間光調(diào)制裝置110B入射到交叉分色棱鏡112上的光被設(shè)定成為s偏振光。另外，從第2色光用空間光調(diào)制裝置110G入射到交叉分色棱鏡112上的光被設(shè)定成為p偏振光。通過這樣使入射到交叉分色棱鏡112上的光的偏振方向不同，在交叉分色棱鏡112中可以有效地合成從各色光用空間光調(diào)制裝置射出的光。分色膜112a、112b通常對s偏振光的反射特性優(yōu)異。因此，將由分色膜112a、112b反射的R光和B光設(shè)定為s偏振光，而將透過分色膜112a、112b的G光設(shè)定為p偏振光。
(液晶面板的結(jié)構(gòu))下面，使用圖2說明液晶面板的詳細(xì)情況。在用圖1說明的投影機(jī)100中，具有3個(gè)液晶面板120R、120G、120B。這3個(gè)液晶面板120R、120G、120B只是調(diào)制的光的波長區(qū)域不同，基本的結(jié)構(gòu)是相同的。因此，以液晶面板120R為代表例進(jìn)行以后的說明。
圖2是液晶面板120R的立體剖面圖。來自超高壓水銀燈101的R光從圖2的下側(cè)入射到液晶面板120R上，從上側(cè)向屏幕116的方向射出。在入射側(cè)防塵透明板201的內(nèi)側(cè)形成具有透明電極等的對置基板202。另外，在射出側(cè)防塵透明板206的內(nèi)側(cè)形成具有TFT(薄膜晶體管)和透明電極等的TFT基板205。并且，使對置基板202與TFT基板205相對，將入射側(cè)防塵透明板201和射出側(cè)防塵透明板206貼合。在對置基板202和TFT基板205之間封入用于圖像顯示的液晶層204。另外，在液晶層204的入射光側(cè)設(shè)置了用于遮光的黑底形成層203。
在射出側(cè)防塵透明板206的射出側(cè)表面形成由多個(gè)棱鏡元件211構(gòu)成的棱鏡群210。棱鏡群210的結(jié)構(gòu)和作用，后面詳細(xì)說明。在圖1所示的結(jié)構(gòu)中，將第1偏振板121R、第2偏振板122R相對于液晶面板120R分體地設(shè)置。但是，也可以代之以在入射側(cè)防塵透明板201與對置基板202之間、射出側(cè)防塵透明基板206與TFT基板205之間等設(shè)置偏振板。此外，棱鏡群210可以在第2偏振板122R上形成，也可以在交叉分色棱鏡112的R光的入射面上形成。
(與像素部對應(yīng)的開口部的結(jié)構(gòu))圖3是黑底形成層203的平面圖。作為遮光部的黑底部220通過對從超高壓水銀燈101入射的R光進(jìn)行遮光，不向屏幕110側(cè)射出。黑底部220具有指定寬度W1、W2，在正交的方向形成格子狀。另外，由黑底部220包圍的矩形的區(qū)域形成開口部230。開口部230使來自超高壓水銀燈101的R光通過。透過開口部230的R光，如圖2所示，透過對置基板202、液晶層204和TFT基板205。并且，R光根據(jù)圖像信號在液晶層204中偏振成分被調(diào)制。這樣，形成投影的圖像中的像素部的是透過開口部230、液晶層204和TFT基板205而接受了調(diào)制的光。該光是透過開口部230的光，所以，開口部230的位置、大小與像素部的位置、大小分別對應(yīng)。另外，用點(diǎn)劃線表示帶狀的黑底部220的中心線CL。下面，為了便于說明，將由中心線CL包圍的圖中粗線所示的區(qū)域稱為周期區(qū)域240。由圖可知，相鄰的周期區(qū)域240無間隙周期地重復(fù)排列。
(開口部的投影像)圖4是將由先有技術(shù)的投影機(jī)投影到屏幕116上的圖像放大所示的圖。投影了由帶狀的黑底部220包圍的開口部像230P。另外，與周期區(qū)域240對應(yīng)地投影在圖4中由粗線包圍的周期區(qū)域像240P。此外，設(shè)中心線像CLP之間交叉的位置為交點(diǎn)CP。包含本實(shí)施例，在以下所有的實(shí)施例的說明中，使用由投影透鏡114投影到屏幕116上的像進(jìn)行說明。這里，取出第1色光用空間光調(diào)制裝置110R本身考慮時(shí)，不存在投影透鏡114。這時(shí)，可以作為投影到離作為折射部的棱鏡群210指定距離的假想的投影面上的投影像進(jìn)行處理。投影機(jī)100的投影像和第1色光用空間光調(diào)制裝置110R單體的投影像僅像倍率不同，實(shí)質(zhì)上是相同的。因此，下面以投影到屏幕116上的投影像為例進(jìn)行說明。
(棱鏡群與開口部的位置關(guān)系)圖5是表示黑底形成層203與作為折射部的棱鏡群210的關(guān)系的剖面圖。這里，為了容易理解，省略了除黑底形成層203和棱鏡群210以外的其他結(jié)構(gòu)部分的圖示。透過與1個(gè)像素部對應(yīng)的開口部230的R光成為圓錐形狀的發(fā)散光而行進(jìn)。并且，該R光入射到棱鏡群210中至少一部分棱鏡群210上。棱鏡群210由至少具有折射面212和平坦部213的棱鏡元件211構(gòu)成。平坦部213是與形成與像素部對應(yīng)的開口部230的面230a大致平行的面。多個(gè)棱鏡元件211按一定周期有規(guī)則地排列，構(gòu)成棱鏡群210。
(折射角度、折射方向的說明)下面，參照圖6(a)，說明根據(jù)上述結(jié)構(gòu)透過開口部230的光折射的角度量。圖6(a)是將作為折射部的棱鏡群210附近放大展示的圖?？紤]棱鏡群210與屏幕116之間的媒質(zhì)(例如空氣)的折射率為n1、構(gòu)成棱鏡群210的部件的折射率為n2的情況。另外，折射面212與將平坦部213延長的基準(zhǔn)面213a之間的角度為θ。以下，將角度θ稱為傾斜角度。
為了簡單，說明來自開口部230的光中的平行光。入射到平坦部213上的光線垂直地入射到平坦部213上。因此，在平坦部213不受到折射作用，仍然原樣直線前進(jìn)，在屏幕116上形成投影像。與此相反，入射到折射面212上的光按滿足以下所示的條件式的方式折射。
n1·sinβ＝n2·sinα其中，角度α是以折射面212的法線N為基準(zhǔn)的入射角，角度β是出射角。
另外，在離棱鏡群210距離L的屏幕116上，直線前進(jìn)的光的位置和折射的光的位置和距離S可以表為下式。
S＝L×tan(Δβ)Δβ＝β-α這樣，通過控制折射面212的棱鏡傾斜角度θ，便可任意設(shè)定作為屏幕116上開口部像230P的移動(dòng)量的距離S。
此外，由圖6(a)可知，光線LL2折射的方向與折射面212的取向有關(guān)。換言之，通過控制折射面212相對于開口部230的取向，可以任意設(shè)定在屏幕116上形成開口部像230P的方向。
(投影像的內(nèi)容)
使用上述結(jié)構(gòu)的液晶面板120R時(shí)，參照圖7(a)～(d)說明投影到屏幕116上的R光的投影像。圖7(a)表示屏幕116上的1個(gè)周期區(qū)域像240P。大致垂直入射到棱鏡元件211的平坦部213上的光在平坦部213不受折射作用而直線前進(jìn)。直線前進(jìn)的光在屏幕116上，在周期區(qū)域240P的中央部形成開口部像(直接透過像)230P。
下面，參照圖6(b)和圖7說明折射面與折射方向的關(guān)系。圖6(b)是棱鏡元件211的俯視圖?？紤]入射到棱鏡元件211的折射面212a上的光。入射到折射面212a上的光，以分別與傾斜角度θ、面積P1對應(yīng)的折射方向、折射量、折射光量受到折射作用。如上所述，沿棱鏡元件211的邊部211a的方向與黑底形成層203的中心線CL(圖3)的方向的夾角約為45°。因此，例如，在折射面212a上折射的光，如圖7(a)所示，在沿箭頭方向離開口部像(直接透過像)230上述距離S的位置形成開口部像230Pa。以下，在所有的說明中，為了簡單，假設(shè)沒有投影透鏡114的結(jié)像作用引起的像的上下左右的反轉(zhuǎn)。另外，假設(shè)觀察者總是從觀看作為光源部的超高壓水銀燈101的方向進(jìn)行觀察。例如，假設(shè)從屏幕116的背面?zhèn)扔捎^看超高壓水銀燈101的方向(光傳來的方向)觀察投影到屏幕116上的圖像。
同樣，在折射面212b折射的光在圖7(b)中所示的位置形成開口部像230Pb。在折射面212c折射的光在圖7(c)中所示的位置形成開口部像230Pc。在折射面折射的光在圖8(d)中所示的位置形成開口部像230Pd。圖7(a)～(d)是對同一周期區(qū)域240P分別說明各開口部像230Pa、230Pb、230Pc、230Pd的圖。
(棱鏡形狀的變形)圖8(a)～(d)是表示棱鏡元件的形狀的各種各樣的變形例的圖。例如，圖8(a)表示具有折射面810a和平坦部810b的梯形的棱鏡群810。圖8(b)表示具有折射面820a和平坦部820b的三角形的棱鏡群820。圖8(c)表示具有折射面830a和平坦部830b的三角形的棱鏡群830。圖8(d)表示僅由折射面840a構(gòu)成的閃耀型的棱鏡群840。這樣，就可以將折射面的取向、傾斜角度、面積作為參量作各種各樣的變化。
如上所述，在本實(shí)施例中，通過利用折射面212a、212b、212c、212d發(fā)生折射光，就不會識別出帶狀的黑底部像220。下面，根據(jù)圖9說明在本實(shí)施例中降低衍射光的結(jié)構(gòu)。在圖9中，為了簡便地進(jìn)行說明，使用在圖8(b)中所示的變化的形狀。
在圖9中，2個(gè)折射面920a形成周期的V字形狀的溝。折射面920a與光軸AX的交點(diǎn)在離平坦部920b最遠(yuǎn)的位置與光軸AX大致垂直方向形成的基準(zhǔn)面901到平坦部920b的距離為d。距離d與V字形狀的溝的深度對應(yīng)。以下，將距離d稱為深度d。并且，距離d滿足以下的條件式(1)或(2)。
(1)d＜0.95×λ/(2×(n-1))(2)d＞1.05×λ/(2×(n-1))其中，分別設(shè)構(gòu)成棱鏡群920的部件的折射率為n、向棱鏡群920入射的光的波長為λ。在本實(shí)施例中，設(shè)距離d(深度)為1100nm。V字形狀的溝的深度滿足以下的條件式(A)的條件時(shí)，衍射效率提高。
(A)d＝λ/(2×(n-1))在本實(shí)施例中，作為入射光，使用來自超高壓水銀燈101的光中可見光區(qū)域的光。例如，入射光的波長λ＝480nm、棱鏡群920的折射率n＝1.46時(shí)，條件式(A)為d＝480/(2×(1.46-1))＝522nm。
同樣，入射光的波長λ＝650nm、棱鏡群1620的折射率n＝1.46時(shí)，條件式(A)為d＝650/(2×(1.46-1))＝707nm這樣，入射光的波長λ為480nm時(shí)，V字形狀的溝的深度d為522nm時(shí)將有效地發(fā)生衍射光。另外，入射光的波長λ為650nm時(shí)，V字形狀的溝的深度d為707nm時(shí)將有效地發(fā)生衍射光。與此相反，在本實(shí)施例中，希望V字溝的深度不發(fā)生衍射光或即使發(fā)生衍射光也是觀察者識別不出的程度。
因此，在本實(shí)施例中，通過滿足條件式(1)或(2)，可以使之與條件式(A)所規(guī)定的距離d(深度)不同。例如，在本實(shí)施例中，波長λ＝480nm時(shí)，則為(1)d＜0.95×λ/(2×(n-1))＝0.95×480/(2×(1.46-1))＝496nm(2)d＞1.05×λ/(2×(n-1))＝1.05×480/(2×(1.46-1))＝548nm此外，用波長λ＝650nm進(jìn)行同樣的計(jì)算時(shí)，則得(1)d＜0.95×λ/(2×(n-1))＝0.95×650/(2×(1.46-1))＝671nm(2)d＞1.05×λ/(2×(n-1))＝1.05×650/(2×(1.46-1))＝742nm在本實(shí)施例中，如上所述，取深度d＝1100nm。這樣，在任何波長λ時(shí)都滿足條件式(2)，所以，觀察者可以觀察到降低了衍射光的品質(zhì)良好的圖像。因此，按照本實(shí)施例，觀察者不會識別出黑底等的遮光部的像，從而可以觀察到高品質(zhì)的平滑的畫質(zhì)。
在本實(shí)施例中，希望最好滿足以下的條件式(3)或(4)。
(3)d＜0.9×λ/(2×(n-1))(4)d＞1.1×λ/(2×(n-1))進(jìn)而，希望最好滿足以下的條件式(5)或(6)。
(5)d＜0.7×λ/(2×(n-1))
(6)d＞1.3×λ/(2×(n-1))通過滿足上述條件式(3)～(6)中的任一條件式，可以進(jìn)一步減小棱鏡群920的衍射光的強(qiáng)度。這樣，就可以得到更高品質(zhì)的圖像。
(實(shí)施例2)圖10表示本發(fā)明實(shí)施例2的空間光調(diào)制裝置的棱鏡群1020的剖面結(jié)構(gòu)。棱鏡群1020以外的結(jié)構(gòu)與上述實(shí)施例1相同，所以，省略圖示和重復(fù)的說明。在本實(shí)施例中，從與光軸AX大致垂直的形成有棱鏡群1020的基板的一方的面即基準(zhǔn)面1001到平坦部1020b的距離d1、d3、d5和從基準(zhǔn)面1001到折射面1020a上的指定位置的距離d2、d4、d6分別非周期性地形成。這里，折射面1020a上的指定位置，是指折射面1020a離基準(zhǔn)面1001最近的位置。
作為由棱鏡群1020發(fā)生衍射光的結(jié)構(gòu)之一，可以列舉有棱鏡元件的周期性的結(jié)構(gòu)。在本實(shí)施例中，利用上述非周期性的結(jié)構(gòu)，可以降低棱鏡元件的周期性結(jié)構(gòu)引起的衍射光的發(fā)生。結(jié)果，觀察者就不會識別出黑底等的遮光部的像，從而可以觀察到高品質(zhì)的平滑的畫質(zhì)。
(實(shí)施例3)圖11(a)表示本發(fā)明實(shí)施例3的空間光調(diào)制裝置的液晶面板1100R的立體結(jié)構(gòu)。基本的結(jié)構(gòu)與上述實(shí)施例1相同，所以，對相同的部分標(biāo)以相同的符號，并省略重復(fù)的說明。另外，在R光用、G光用、B光用的3個(gè)液晶面板中，以R光用的液晶面板1100R為代表例進(jìn)行以后的說明。
在本實(shí)施例中，棱鏡群1110的棱鏡元件1111沿大致直線La1、La2、La3、La4、La5的形狀排列。并且，大致直線La1、La2、La3、La4、La5的數(shù)量是每單位面積aφ為5條。只要大致直線La1、La2、La3、La4、La5的數(shù)量是每單位面積小于等于15條就可以。單位面積aφ的說明后面進(jìn)行。
圖11(b)是單位面積aφ附近的正面圖。與大致直線La1、La2、La3、La4、La5大致正交地形成大致直線Lb1、Lb2、Lb3、Lb4、Lb5、Lb6的6條直線。對于直線Lb1、Lb2、Lb3、Lb4、Lb5、Lb6，也是只要每單位面積小于等于15條就可以。這樣，棱鏡群1110的棱鏡元件1111就形成為大致正交的格子狀。
圖12表示用于說明單位面積aφ的從超高壓水銀燈101到屏幕116的光路。在圖12中，為了說明簡便，作為光學(xué)系統(tǒng)，僅表示出了構(gòu)成照明系統(tǒng)ILL的超高壓水銀燈101和積分器104以及構(gòu)成投射系統(tǒng)PL的投影透鏡114，省略了其他色分解光學(xué)系統(tǒng)等的圖示。另外，為了方便，投影透鏡114表示為雙凸形狀的單透鏡。因此，在圖12中，投影透鏡114與投影系統(tǒng)PL一致。
來自光源101的照明光入射到積分器104上。積分器104使來自光源101的照明光重疊后照明液晶面板1100R。來自積分器104的照明光以指定的角度分布入射到液晶面板1100R上。液晶面板1100R上的位置OBJ，由各種各樣的入射角度的光重疊地照明。并且，來自位置OBJ的光按照明系統(tǒng)ILL的F數(shù)在空間擴(kuò)展地入射到棱鏡群1110上。從液晶面板1100R射出的光透過棱鏡群1110后，向投影透鏡114入射。液晶面板1100R的調(diào)制面與屏幕116是共扼關(guān)系。因此，液晶面板1100R上的位置OBJ結(jié)像到屏幕116上的位置IMG。這時(shí)，來自液晶面板1100R上的位置OBJ的光與投影透鏡114的F數(shù)相同或小的F數(shù)的光由投影透鏡14投影到屏幕116上。照明系統(tǒng)ILL的F數(shù)與投影系統(tǒng)PL的F數(shù)存在以下3個(gè)關(guān)系(B)、(C)、(D)。
(B)照明系統(tǒng)ILL的F數(shù)＞投影系統(tǒng)PL的F數(shù)(C)照明系統(tǒng)ILL的F數(shù)＝投影系統(tǒng)PL的F數(shù)(D)照明系統(tǒng)ILL的F數(shù)＜投影系統(tǒng)PL的F數(shù)不論在哪個(gè)關(guān)系中，在液晶面板1100R上，都只有照明系統(tǒng)ILL或投影系統(tǒng)PL的小的一方的F數(shù)規(guī)定的角度范圍的光有效地投影到屏幕116上。例如，關(guān)系(B)或(C)的情況，下式成立。
1/(2FILL)＝sinθa其中，F(xiàn)ILL是投影系統(tǒng)PL的F數(shù)、θa是從位置OBJ射出的光與光軸的角度。
從液晶面板1100R以空間擴(kuò)展的角度θa射出的光照射棱鏡群1110上的圓形區(qū)域即單位面積aφ。這樣，來自棱鏡群1110上的單位面積aφ的光全部由投影透鏡114投影到屏幕116上。另外，與此相反，在上述關(guān)系式(D)的情況下，由照明系統(tǒng)ILL的F數(shù)規(guī)定有效地投影到屏幕116上的棱鏡群1110上的單位面積aφ。
因此，不論在哪個(gè)關(guān)系(B)、(C)、(D)中，來自棱鏡群1110上的單位面積aφ的光都由投影透鏡114有效地投影到屏幕116上。如上所述，作為由棱鏡群1110發(fā)生衍射光的結(jié)構(gòu)之一，可以列舉有棱鏡元件的排列的周期性結(jié)構(gòu)。在本實(shí)施例中，棱鏡群1110每單位面積aφ地沿大致直線La1～La5、Lb1～Lb6的形狀排列。因此，大致直線的數(shù)量每單位面積aφ小于等于15條。這樣，就可以降低棱鏡元件的排列的周期性結(jié)構(gòu)引起的衍射光的發(fā)生。結(jié)果，觀察者就不會識別出黑底等的遮光部的像，從而可以觀察到高品質(zhì)的平滑的畫質(zhì)。
此外，每單位面積aφ的、向指定的方向折射的照射面212的面積的總和以及平坦部的面積的總和不論在哪種單位面積中都是相同的值。這樣，投影的圖像就降低了衍射光，并且離棱鏡群1110指定距離的屏幕116上，在黑底部220的投影像的區(qū)域重疊地形成像素部的投影像。因此，在屏幕116上，觀察者就不會識別出黑底部220，從而可以觀察到平滑的降低了粗糙感的圖像。
另外，在本實(shí)施例中，優(yōu)選地大致直線的數(shù)量每單位面積aφ為10～12條。進(jìn)而，最好大致直線的數(shù)量是每單位面積aφ為7～9條。這樣，就可以更可靠地降低棱鏡元件的排列的周期性結(jié)構(gòu)引起的衍射光的發(fā)生。
下面，使用圖13說明棱鏡群1320的深度(距離)d的變化。圖13(a)是用玻璃構(gòu)成棱鏡群1320時(shí)的概略剖面圖。這時(shí)，深度d1＝約30nm、與基準(zhǔn)面1001的角度θ1＝約0.06°。另外，圖13(b)是用丙烯酸系或“ゼオネツクズ”(商品名)構(gòu)成棱鏡群1320時(shí)的概略剖面圖。在棱鏡群1320上，進(jìn)而形成光學(xué)透明的樹脂基板1330和玻璃基板1340。這時(shí)，深度d2＝約1μm、角度θ2＝約0.97°。這樣，與圖13(a)的結(jié)構(gòu)相比，深度、角度都增大了，所以，制造容易。
(實(shí)施例4)圖14表示本發(fā)明實(shí)施例4的空間光調(diào)制裝置的棱鏡群1410的剖面結(jié)構(gòu)。棱鏡群1410以外的結(jié)構(gòu)與上述實(shí)施例1相同，所以，省略圖示和重復(fù)的說明。棱鏡群1410通過將3個(gè)棱鏡元件1411a、1411b、1411c交替地排列并用光學(xué)粘接劑粘接固定而構(gòu)成。如圖14(b)、(d)所示，棱鏡元件1411a、1411c是折射面1412a、1412c的傾斜的方向相互相反形成的帶狀的棱鏡元件。另外，棱鏡元件1411b是形成平坦部1412b的平行平板。并且，以棱鏡元件1411a、1411b、1411c為一組，排列多個(gè)組而構(gòu)成棱鏡群1410。此外，在大致正交的兩方向上重疊地設(shè)置棱鏡群1410。這樣，就具有與包含平坦部1411b和向大致正交的方向折射的折射面1411a、1411c的棱鏡群相同的功能。
在本實(shí)施例中，只要制造了大致平板狀的棱鏡元件1411a、1411b、1411c就行。因此，可以非常簡便地制造棱鏡群1410。另外，通過每單位面積aφ將棱鏡元件1411a、1411b、1411c排列15條或以下，就可以降低衍射光。
(實(shí)施例5)圖15(a)表示本發(fā)明實(shí)施例5的空間光調(diào)制裝置的棱鏡群1510的正面結(jié)構(gòu)。棱鏡群1510以外的結(jié)構(gòu)與上述實(shí)施例1相同，所以，省略圖示和重復(fù)的說明。棱鏡元件1511a、1511b、1511c以位置、深度分別非周期(隨機(jī))地在單位面積aφ內(nèi)排列。另外，每單位面積aφ的、向指定的方向折射的折射面212的面積的總和以及平坦部213的面積的總和不論在哪個(gè)單位面積aφ中都是相同的值。
圖15(b)表示本實(shí)施例的棱鏡群1510的制造方法。用圖中未示出的壓電傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(ピエゾアクチユエ一タ)等將端部呈四角錐形的模具1530向丙烯酸系制的基板1520上擠壓。利用將模具1530向基板1520上擠壓的力可以控制形成的棱鏡元件的深度。另外，利用將模具1530向基板1520上擠壓的方向可以控制折射面212的取向。利用本制造方法，可以容易地控制棱鏡元件的位置、深度和取向。利用本制造方法制造的棱鏡群1510，投影的圖像可以降低衍射光，并且在離棱鏡群1510指定距離的屏幕116上，在黑底部220的投影像的區(qū)域重疊地形成像素部的投影像。因此，在屏幕116上，觀察者不會識別出黑底部220，從而可以觀察到平滑的降低了粗糙感的圖像。
本發(fā)明不限于上述實(shí)施例1～5所述的結(jié)構(gòu)。棱鏡群不發(fā)生衍射光的結(jié)構(gòu)或即使發(fā)生衍射光觀察者也識別不出的結(jié)構(gòu)可以是將實(shí)施例1～5的結(jié)構(gòu)任意組合的結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求
1.一種空間光調(diào)制裝置，具有根據(jù)圖像信號調(diào)制入射光而射出的調(diào)制部、設(shè)置在上述調(diào)制部的射出側(cè)的使來自上述調(diào)制部的光折射的折射部和使來自上述調(diào)制部的光透過的平坦部，其特征在于上述調(diào)制部具有排列成矩陣狀的多個(gè)像素部和設(shè)置在上述多個(gè)像素部之間的遮光部；上述折射部具有由至少具有折射面的棱鏡元件構(gòu)成的棱鏡群；來自上述多個(gè)像素部中一個(gè)上述像素部的光入射到上述多個(gè)棱鏡群中的至少一部分上述棱鏡群上；上述折射面具有在離上述折射部指定距離的投影面上將上述像素部的投影像向上述遮光部的投影像上導(dǎo)引的上述折射面的取向，以及上述折射面與和光軸大致垂直的作為形成有上述棱鏡群的基板的一方的面的基準(zhǔn)面構(gòu)成的角度；從上述基準(zhǔn)面到上述平坦部的距離和從上述基準(zhǔn)面到上述折射面上的指定位置的距離分別以非周期性的方式形成。
2.按權(quán)利要求1所述的空間光調(diào)制裝置，其特征在于上述棱鏡群沿大致直線的形狀排列；上述大致直線的數(shù)量，每被從上述調(diào)制部以空間擴(kuò)展的角度θa射出的光所照射的上述棱鏡群上的圓形區(qū)域即單位面積aφ小于等于15條。
3.按權(quán)利要求2所述的空間光調(diào)制裝置，其特征在于上述單位面積aφ由向上述調(diào)制部供給入射光的照明光學(xué)系統(tǒng)的數(shù)值孔徑和來自上述調(diào)制部的調(diào)制過的射出光入射的投影光學(xué)系統(tǒng)的數(shù)值孔徑?jīng)Q定。
4.一種投影機(jī)，其特征在于，具有供給光的光源；權(quán)利要求1～3中任意一項(xiàng)所述的空間光調(diào)制裝置；以及用于投影來自上述空間光調(diào)制裝置的光的投影光學(xué)系統(tǒng)。
全文摘要
本發(fā)明提供觀察者識別不出黑底等的遮光部的像從而可以得到高品質(zhì)的平滑的畫質(zhì)的空間光調(diào)制裝置和投影機(jī)?？臻g光調(diào)制裝置(110R)具有棱鏡群(210)。并且，特征在于，分別設(shè)從基準(zhǔn)面901到平坦部920b的距離為d、入射光的波長為λ、棱鏡元件的折射率為n時(shí)，滿足以下的任一條件式，d＜0.95×λ/(2×(n－1))、d＞1.05×λ/(2×(n－1))。
文檔編號H04N5/74GK1955787SQ20061013717
公開日2007年5月2日 申請日期2004年7月16日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月16日
發(fā)明者上島俊司 申請人:精工愛普生株式會社