专利名称：空间光调制装置和投影机的制作方法
技术领域：
本发明涉及空间光调制装置和投影机，特别是液晶空间光调制装置。
背景技术：
作为图像显示装置，大多使用液晶面板(液晶显示装置)、CRT显示装置、等离子体显示装置等点矩阵图像显示装置。点矩阵图像显示装置利用二维周期性地排列的大量的像素表现图像。这时，会发现发生由该周期性排列结构引起的所谓采样噪音从而画质劣化(图像粗糙)的现象。并且，已提案了降低画质劣化的现象的方法(例如，参见专利文献1)。
专利文献1特开平8-122709号公报在点矩阵图像显示装置中，在像素与像素之间的区域，为了降低不需要的光而设置了称为黑底(黑矩阵)的遮光部。近年来，作为图像显示装置的使用形式，已是从比较近的距离观察大画面的情况。因此，观察者有时就识别出了黑底的像。这样，以往的点矩阵图像显示装置由于黑底的像而如平滑性少的图像或粗糙的图像等那样，画质将发生劣化。在上述专利文献1中，要降低黑底的像引起的画质的劣化是困难的。
因此，为了使观察者识别不出黑底等的遮光部，考虑了使来自图像显示装置的光向棱镜群入射。棱镜群的平坦部使来自图像显示装置的光原样透过。另外，棱镜群的折射部使来自图像显示装置的光发生折射后透过。这样透过棱镜群的光除了在平坦部射出后原样直线前进的光外，还包括在棱镜的折射部光路发生偏向的光。由光路发生偏向的光在黑底上形成像素像。这样，就可以降低识别出黑底的情况。
但是，有时发生由构成棱镜群的各棱镜元件的排列的周期性结构或棱镜元件的深度、排列图形、排列间距等引起的衍射光。来自棱镜群的衍射光向与本来想折射的方向不同的方向分散照射。由于该衍射光，图像将不鲜明，引起图像的画质劣化。另外，在图像显示装置的指定的区域发生衍射而在其他区域不发生衍射时，显示的图像将成为例如格子状的强度不均匀的图像，所以，存在图像的画质劣化的问题。
发明内容
本发明就是为了解决上述问题而提案的，目的旨在提供观察者识别不出黑底等遮光部的像从而可以得到高品质的平滑的画质的空间光调制装置和投影机。
为了解决上述问题，达到本发明的目的，按照第1发明，提供了一种空间光调制装置，是具有根据图像信号调制入射光而射出的调制部、设置在上述调制部的射出侧的使来自上述调制部的光折射的折射部和使来自上述调制部的光透过的平坦部的空间光调制装置，其特征在于上述调制部具有排列成矩阵状的多个像素部和设置在上述多个像素部之间的遮光部；上述折射部具有由至少具有折射面的棱镜元件构成的棱镜群；来自上述多个像素部中之一的上述像素部的光入射到上述多个棱镜群中的至少一部分上述棱镜群上；上述折射面具有在离上述折射部指定距离的投影面上将上述像素部的投影像向上述遮光部的投影像上引导的上述折射面的取向，以及上述折射面与光轴的交点在离上述平坦部最远的位置与上述光轴大致垂直方向上形成的基准面和上述折射面构成的角度；设从上述基准面到上述平坦部的距离为d、上述入射光的波长为λ、上述棱镜群的折射率为n时，则满足以下的任一条件式。
(1)d＜0.95×λ/(2×(n-1))
(2)d＞1.05×λ/(2×(n-1))这样，来自1个像素部的光就入射到棱镜群上。入射到棱镜群上的光在棱镜群的折射面折射后使光路向指定方向弯折。这时，可以根据折射面的取向和折射面与基准面构成的角度，控制光路弯折射的方向及其大小(折射角)。在本发明中，在离折射部指定距离的投影面上，折射的光形成的像素部的投影像向遮光部的投影像上导引。结果，在离折射部指定距离的投影面上，在遮光部的投影像的区域重叠地形成像素部的投影像。因此，在投影面上，观察者识别不出遮光部，可以观看平滑的粗糙感降低的图像。
另外，在棱镜群中，与折射面的折射光一起，由构成棱镜群的各棱镜元件的深度引起而产生衍射光。在本发明中，采用满足以下的条件式(1)或(2)的结构。
(1)d＜0.95×λ/(2×(n-1))(2)d＞1.05×λ/(2×(n-1))从上述基准面到上述平坦部的距离d满足下式(A)(A)d＝λ/(2×(n-1))的条件时，衍射效率提高。与此相反，在本发明中，希望不发生衍射光或即使发生衍射光也是观察者识别不出的程度。因此，在本发明中，通过满足条件式(1)或(2)，可以使与由条件式(A)规定的深度d不同。于是，观察者就可以观察到衍射光降低的品质优异的图像。因此，按照本发明，观察者识别不出黑底等的遮光部的像，可以观察到高品质的平滑的画质。
理想的情况，最好满足以下的条件式(3)或(4)。
(3)d＜0.9×λ/(2×(n-1))(4)d＞1.1×λ/(2×(n-1))此外，更理想的情况，最好满足以下的条件式(5)或(6)。
(5)d＜0.7×λ/(2×(n-1))(6)d＞1.3×λ/(2×(n-1))通过满足上述条件式(3)～(6)的任一条件式，可以进一步减小来自棱镜元件的衍射光的强度。这样，便可得到更高品质的图像。
另外，按照第2发明，提供一种空间光调制装置，是具有根据图像信号调制入射光而射出的调制部、设置在上述调制部的射出侧的使来自上述调制部的光折射的折射部和使来自上述调制部的光透过的平坦部的空间光调制装置，其特征在于上述调制部具有排列成矩阵状的多个像素部和设置在上述多个像素部之间的遮光部；上述折射部具有由至少具有折射面的棱镜元件构成的棱镜群；来自上述多个像素部中之一的上述像素部的光入射到上述多个棱镜群中的至少一部分上述棱镜群上；上述折射面具有在离上述折射部指定距离的投影面上将上述像素部的投影像向上述遮光部的投影像上导引的上述折射面的取向，以及上述折射面与和光轴大致垂直的作为形成有上述棱镜群的基板的一方的面的基准面构成的角度；从上述基准面到上述平坦部的距离和从上述基准面到上述折射面上的指定位置的距离分别以非周期性的方式形成。
作为由棱镜群发生衍射光的结构之一，可以列举有棱镜元件的周期性的结构。在第2发明中，从基准面到上述平坦部的距离和从上述基准面到上述折射面上的指定位置的距离分别以非周期性的方式形成。这样，就可以降低由棱镜元件的周期性结构引起的衍射光的发生。结果，观察者识别不出黑底等的遮光部的像，可以观察到高品质的平滑的画质。
另外，按照第3发明，提供一种空间光调制装置，是具有根据图像信号调制入射光而射出的调制部、设置在上述调制部的射出侧的使来自上述调制部的光折射的折射部和使来自上述调制部的光透过的平坦部的空间光调制装置，其特征在于上述调制部具有排列成矩阵状的多个像素部和设置在上述多个像素部之间的遮光部；上述折射部具有由至少具有折射面的棱镜元件构成的棱镜群；来自上述多个像素部中之一的上述像素部的光入射到上述多个棱镜群中的至少一部分上述棱镜群上；上述折射面具有在离上述折射部指定距离的投影面上将上述像素部的投影像向上述遮光部的投影像上导引的上述折射面的取向，以及上述折射面与上述平坦部构成的角度；上述棱镜群沿大致直线的形状排列，上述大致直线的数量是每单位面积小于等于15条。
作为由棱镜群发生衍射光的结构之一，可以列举有棱镜元件的排列的周期性的结构。在第3发明中，棱镜群沿大致直线的形状排列时，大致直线的数量为每单位面积小于等于15条。这样，就可以降低棱镜元件的排列的周期性结构引起的衍射光的发生。结果，观察者识别不出黑底等的遮光部的像，可以观察到高品质的平滑的画质。
另外，理想的情况，最好大致直线的数量为每单位面积10～12条。此外，更理想的是大致直线的数量为每单位面积7～9条。这样，就可以更可靠地降低棱镜元件的排列的周期性结构引起的衍射光的发生。
另外，按照第3发明的理想的形式，上述单位面积最好由向上述调制部供给入射光的照明光学系统的数值孔径和来自上述调制部的调制过的射出光所入射的投影光学系统的数值孔径来决定。这样，可以在所需最小限度的单位面积中限制棱镜元件的排列的周期性结构。结果，在由棱镜群的折射面发生折射作用的同时，可以降低衍射光的发生。因此，观察者识别不出黑底等的遮光部的像，可以观察到高品质的平滑的画质。
另外，按照第4发明，可以提供具有供给光的光源。上述空间光调制装置和用于投影来自空间光调制装置的光的透镜镜头的投影机。这样，就可以得到识别不出黑底等的遮光部的像的高品质的平滑画质的投影像。
图1是本发明的实施例1的投影机的概略结构图。
图2是实施例1的液晶面板的概略结构图。
图3是实施例1的黑底部的概略图。
图4是实施例1的黑底部像的概略图。
图5是实施例1的液晶面板的剖面图。
图6(a)是说明实施例1的棱镜元件的折射的图，图6(b)是棱镜元件的俯视图。
图7是说明实施例1的投影像的图。
图8是棱镜群的变形的剖面结构图。
图9是实施例1的棱镜群的剖面结构图。
图10是实施例2的棱镜群的剖面结构图。
图11是实施例3的棱镜群的说明图。
图12是实施例3的单位面积的说明图。
图13是棱镜群的变形的剖面结构图。
图14是实施例4的棱镜群的说明图。
图15是实施例5的棱镜群的说明图。
具体实施例方式
下面，参照附图详细说明本发明的优选实施例。
(实施例1)(投影机全体说明)首先，参照图1说明本发明实施例1的投影机的概略结构。其次，参照图2以后的图说明本实施例的特征的结构。首先，在图1中，作为光源部的超高压水银灯101供给包含作为第1色光的红色光(以下，称为R光)、作为第2色光的绿色光(以下，称为G光)和作为第3色光的蓝色光(以下，称为B光)的光。积分器(インテグレ一タ)104使来自超高压水银灯101的光的照度分布均匀化。照度分布被均匀化后的光由偏振变换元件105变换为具有特定的振动方向的偏振光，例如s偏振光。变换为s偏振光的光入射到构成色分离光学系统的R光透过分色镜106R上。下面，说明R光。R光透过分色镜106R将R光透过，反射G光和B光。透过R光透过分色镜106R的R光入射到反射镜107上。反射镜107使R光的光路弯折90度。光路被弯折的R光入射到根据图像信号调制作为第1色光的R光的第1色光用空间光调制装置110R上。第1色光用空间光调制装置110R是根据图像信号调制R光的透过型的液晶显示装置。透过分色镜后光的偏振方向也不变化，所以，入射到第1色光用空间光调制装置110R上的R光还是s偏振光的状态。
第1色光用空间光调制装置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。下面将描述液晶面板120R的详细结构。λ/2相位差板123R和第1偏振板121R以与不变换偏振方向的透光性的玻璃板124R相接的状态配置。这样，第1偏振板121R和λ/2相位差板123R就可以避免发热引起的畸变的问题。在图1中，第2偏振板122R独立地设置，但是，也可以以与液晶面板120R的射出面或交叉分色棱镜112的入射面相接的状态配置。
入射到第1色光用空间光调制装置110R上的s偏振光由λ/2相位差板123R变换为p偏振光。变换为p偏振光的R光原样透过玻璃板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偏振光通过根据图像信号的调制，R光变换为s偏振光。通过液晶面板120R的调制变换为s偏振光的R光从第2偏振板122R射出。这样，由第1色光用空间光调制装置110R调制的R光入射到作为色合成光学系统的交叉分色棱镜112上。
其次，说明G光。由R光透过分色镜106R反射的G光和B光，光路弯折90度。光路被弯折的G光和B光入射到B光透过分色镜106G上。B光透过分色镜106G反射G光，透过B光。由B光透过分色镜106G反射的G光入射到根据图像信号调制作为第2色光的G光的第2色光用空间光调制装置110G上。第2色光用空间光调制装置110G是根据图像信号调制G光的透过型的液晶显示装置。第2色光用空间光调制装置110G具有液晶面板120G、第1偏振板121G和第2偏振板122G。关于液晶面板120G的详细情况，后面进行说明。
入射到第2色光用空间光调制装置110G上的G光被变换为s偏振光。入射到第2色光用空间光调制装置110G上的s偏振光原样透过第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偏振光通过根据图像信号的调制，G光被变换为p偏振光。通过液晶面板120G的调制变换为p偏振光的G光从第2偏振板122G射出。这样，由第2色光用空间光调制装置110G调制的G光入射到作为色合成光学系统的交叉分色棱镜112上。
其次，说明B光。透过B光透过分色镜106G的B光经由2块中继透镜108和2块反射镜107入射到根据图像信号调制作为第3色光的B光的第3色光用空间光调制装置110B上。第3色光用空间光调制装置110B是根据图像信号调制B光的透过型的液晶显示装置。
进而，使B光经由中继透镜108，是由于B光的光路的长度比R光和G光的光路的长度长的缘故。通过使用中继透镜108，可以将透过B光透过分色镜106G的B光原样引导到第3色光用空间光调制装置110B。第3色光用空间光调制装置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色光用空间光调制装置110B的结构与上述第1色光用空间光调制装置110R的结构相同，所以，省略详细的说明。
入射到第3色光用空间光调制装置110B上的B光被变换为s偏振光。入射到第3色光用空间光调制装置110B上的s偏振光由λ2相位差板123B变换为p偏振光。变换为p偏振光的B光原样透过玻璃板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偏振光通过根据图像信号的调制，B光被变换为s偏振光。通过液晶面板120B的调制变换为s偏振光的B光从第2偏振板122B射出。由第3色光用空间光调制装置110B调制的B光入射到作为色合成光学系统的交叉分色棱镜112上。这样，构成色分离光学系统的R光透过分色镜106R和B光透过分色镜106G将从超高压水银灯101供给的光分离为作为第1色光的R光、作为第2色光的G光和作为第3色光的B光。
作为色合成光学系统的交叉分色棱镜112将2个分色膜112a、112b交叉地配置成X字型。分色膜112a反射B光，透过R光和G光。分色膜112b反射R光，透过B光和G光。这样，交叉分色棱镜112将由第1色光用空间光调制装置110R、第2色光用空间光调制装置110G和第3色光用空间光调制装置110B分别调制的R光、G光和B光合成。投影透镜114将由交叉分色棱镜112合成的光投影到屏幕116上。这样，在屏幕116上就可以得到全彩色图像。
如上所述，从第1色光用空间光调制装置110R和第3色光用空间光调制装置110B入射到交叉分色棱镜112上的光被设定成为s偏振光。另外，从第2色光用空间光调制装置110G入射到交叉分色棱镜112上的光被设定成为p偏振光。通过这样使入射到交叉分色棱镜112上的光的偏振方向不同，在交叉分色棱镜112中可以有效地合成从各色光用空间光调制装置射出的光。分色膜112a、112b通常对s偏振光的反射特性优异。因此，将由分色膜112a、112b反射的R光和B光设定为s偏振光，而将透过分色膜112a、112b的G光设定为p偏振光。
(液晶面板的结构)下面，使用图2说明液晶面板的详细情况。在用图1说明的投影机100中，具有3个液晶面板120R、120G、120B。这3个液晶面板120R、120G、120B只是调制的光的波长区域不同，基本的结构是相同的。因此，以液晶面板120R为代表例进行以后的说明。
图2是液晶面板120R的立体剖面图。来自超高压水银灯101的R光从图2的下侧入射到液晶面板120R上，从上侧向屏幕116的方向射出。在入射侧防尘透明板201的内侧形成具有透明电极等的对置基板202。另外，在射出侧防尘透明板206的内侧形成具有TFT(薄膜晶体管)和透明电极等的TFT基板205。并且，使对置基板202与TFT基板205相对，将入射侧防尘透明板201和射出侧防尘透明板206贴合。在对置基板202和TFT基板205之间封入用于图像显示的液晶层204。另外，在液晶层204的入射光侧设置了用于遮光的黑底形成层203。
在射出侧防尘透明板206的射出侧表面形成由多个棱镜元件211构成的棱镜群210。棱镜群210的结构和作用，后面详细说明。在图1所示的结构中，将第1偏振板121R、第2偏振板122R相对于液晶面板120R分体地设置。但是，也可以代之以在入射侧防尘透明板201与对置基板202之间、射出侧防尘透明基板206与TFT基板205之间等设置偏振板。此外，棱镜群210可以在第2偏振板122R上形成，也可以在交叉分色棱镜112的R光的入射面上形成。
(与像素部对应的开口部的结构)图3是黑底形成层203的平面图。作为遮光部的黑底部220通过对从超高压水银灯101入射的R光进行遮光，不向屏幕110侧射出。黑底部220具有指定宽度W1、W2，在正交的方向形成格子状。另外，由黑底部220包围的矩形的区域形成开口部230。开口部230使来自超高压水银灯101的R光通过。透过开口部230的R光，如图2所示，透过对置基板202、液晶层204和TFT基板205。并且，R光根据图像信号在液晶层204中偏振成分被调制。这样，形成投影的图像中的像素部的是透过开口部230、液晶层204和TFT基板205而接受了调制的光。该光是透过开口部230的光，所以，开口部230的位置、大小与像素部的位置、大小分别对应。另外，用点划线表示带状的黑底部220的中心线CL。下面，为了便于说明，将由中心线CL包围的图中粗线所示的区域称为周期区域240。由图可知，相邻的周期区域240无间隙周期地重复排列。
(开口部的投影像)图4是将由先有技术的投影机投影到屏幕116上的图像放大所示的图。投影了由带状的黑底部220包围的开口部像230P。另外，与周期区域240对应地投影在图4中由粗线包围的周期区域像240P。此外，设中心线像CLP之间交叉的位置为交点CP。包含本实施例，在以下所有的实施例的说明中，使用由投影透镜114投影到屏幕116上的像进行说明。这里，取出第1色光用空间光调制装置110R本身考虑时，不存在投影透镜114。这时，可以作为投影到离作为折射部的棱镜群210指定距离的假想的投影面上的投影像进行处理。投影机100的投影像和第1色光用空间光调制装置110R单体的投影像仅像倍率不同，实质上是相同的。因此，下面以投影到屏幕116上的投影像为例进行说明。
(棱镜群与开口部的位置关系)图5是表示黑底形成层203与作为折射部的棱镜群210的关系的剖面图。这里，为了容易理解，省略了除黑底形成层203和棱镜群210以外的其他结构部分的图示。透过与1个像素部对应的开口部230的R光成为圆锥形状的发散光而行进。并且，该R光入射到棱镜群210中至少一部分棱镜群210上。棱镜群210由至少具有折射面212和平坦部213的棱镜元件211构成。平坦部213是与形成与像素部对应的开口部230的面230a大致平行的面。多个棱镜元件211按一定周期有规则地排列，构成棱镜群210。
(折射角度、折射方向的说明)下面，参照图6(a)，说明根据上述结构透过开口部230的光折射的角度量。图6(a)是将作为折射部的棱镜群210附近放大展示的图。考虑棱镜群210与屏幕116之间的媒质(例如空气)的折射率为n1、构成棱镜群210的部件的折射率为n2的情况。另外，折射面212与将平坦部213延长的基准面213a之间的角度为θ。以下，将角度θ称为倾斜角度。
为了简单，说明来自开口部230的光中的平行光。入射到平坦部213上的光线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，仍然原样直线前进，在屏幕116上形成投影像。与此相反，入射到折射面212上的光按满足以下所示的条件式的方式折射。
n1·sinβ＝n2·sinα其中，角度α是以折射面212的法线N为基准的入射角，角度β是出射角。
另外，在离棱镜群210距离L的屏幕116上，直线前进的光的位置和折射的光的位置和距离S可以表为下式。
S＝L×tan(Δβ)Δβ＝β-α这样，通过控制折射面212的棱镜倾斜角度θ，便可任意设定作为屏幕116上开口部像230P的移动量的距离S。
此外，由图6(a)可知，光线LL2折射的方向与折射面212的取向有关。换言之，通过控制折射面212相对于开口部230的取向，可以任意设定在屏幕116上形成开口部像230P的方向。
(投影像的内容)
使用上述结构的液晶面板120R时，参照图7(a)～(d)说明投影到屏幕116上的R光的投影像。图7(a)表示屏幕116上的1个周期区域像240P。大致垂直入射到棱镜元件211的平坦部213上的光在平坦部213不受折射作用而直线前进。直线前进的光在屏幕116上，在周期区域240P的中央部形成开口部像(直接透过像)230P。
下面，参照图6(b)和图7说明折射面与折射方向的关系。图6(b)是棱镜元件211的俯视图。考虑入射到棱镜元件211的折射面212a上的光。入射到折射面212a上的光，以分别与倾斜角度θ、面积P1对应的折射方向、折射量、折射光量受到折射作用。如上所述，沿棱镜元件211的边部211a的方向与黑底形成层203的中心线CL(图3)的方向的夹角约为45°。因此，例如，在折射面212a上折射的光，如图7(a)所示，在沿箭头方向离开口部像(直接透过像)230上述距离S的位置形成开口部像230Pa。以下，在所有的说明中，为了简单，假设没有投影透镜114的结像作用引起的像的上下左右的反转。另外，假设观察者总是从观看作为光源部的超高压水银灯101的方向进行观察。例如，假设从屏幕116的背面侧由观看超高压水银灯101的方向(光传来的方向)观察投影到屏幕116上的图像。
同样，在折射面212b折射的光在图7(b)中所示的位置形成开口部像230Pb。在折射面212c折射的光在图7(c)中所示的位置形成开口部像230Pc。在折射面折射的光在图8(d)中所示的位置形成开口部像230Pd。图7(a)～(d)是对同一周期区域240P分别说明各开口部像230Pa、230Pb、230Pc、230Pd的图。
(棱镜形状的变形)图8(a)～(d)是表示棱镜元件的形状的各种各样的变形例的图。例如，图8(a)表示具有折射面810a和平坦部810b的梯形的棱镜群810。图8(b)表示具有折射面820a和平坦部820b的三角形的棱镜群820。图8(c)表示具有折射面830a和平坦部830b的三角形的棱镜群830。图8(d)表示仅由折射面840a构成的闪耀型的棱镜群840。这样，就可以将折射面的取向、倾斜角度、面积作为参量作各种各样的变化。
如上所述，在本实施例中，通过利用折射面212a、212b、212c、212d发生折射光，就不会识别出带状的黑底部像220。下面，根据图9说明在本实施例中降低衍射光的结构。在图9中，为了简便地进行说明，使用在图8(b)中所示的变化的形状。
在图9中，2个折射面920a形成周期的V字形状的沟。折射面920a与光轴AX的交点在离平坦部920b最远的位置与光轴AX大致垂直方向形成的基准面901到平坦部920b的距离为d。距离d与V字形状的沟的深度对应。以下，将距离d称为深度d。并且，距离d满足以下的条件式(1)或(2)。
(1)d＜0.95×λ/(2×(n-1))(2)d＞1.05×λ/(2×(n-1))其中，分别设构成棱镜群920的部件的折射率为n、向棱镜群920入射的光的波长为λ。在本实施例中，设距离d(深度)为1100nm。V字形状的沟的深度满足以下的条件式(A)的条件时，衍射效率提高。
(A)d＝λ/(2×(n-1))在本实施例中，作为入射光，使用来自超高压水银灯101的光中可见光区域的光。例如，入射光的波长λ＝480nm、棱镜群920的折射率n＝1.46时，条件式(A)为d＝480/(2×(1.46-1))＝522nm。
同样，入射光的波长λ＝650nm、棱镜群1620的折射率n＝1.46时，条件式(A)为d＝650/(2×(1.46-1))＝707nm这样，入射光的波长λ为480nm时，V字形状的沟的深度d为522nm时将有效地发生衍射光。另外，入射光的波长λ为650nm时，V字形状的沟的深度d为707nm时将有效地发生衍射光。与此相反，在本实施例中，希望V字沟的深度不发生衍射光或即使发生衍射光也是观察者识别不出的程度。
因此，在本实施例中，通过满足条件式(1)或(2)，可以使之与条件式(A)所规定的距离d(深度)不同。例如，在本实施例中，波长λ＝480nm时，则为(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，用波长λ＝650nm进行同样的计算时，则得(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在本实施例中，如上所述，取深度d＝1100nm。这样，在任何波长λ时都满足条件式(2)，所以，观察者可以观察到降低了衍射光的品质良好的图像。因此，按照本实施例，观察者不会识别出黑底等的遮光部的像，从而可以观察到高品质的平滑的画质。
在本实施例中，希望最好满足以下的条件式(3)或(4)。
(3)d＜0.9×λ/(2×(n-1))(4)d＞1.1×λ/(2×(n-1))进而，希望最好满足以下的条件式(5)或(6)。
(5)d＜0.7×λ/(2×(n-1))
(6)d＞1.3×λ/(2×(n-1))通过满足上述条件式(3)～(6)中的任一条件式，可以进一步减小棱镜群920的衍射光的强度。这样，就可以得到更高品质的图像。
(实施例2)图10表示本发明实施例2的空间光调制装置的棱镜群1020的剖面结构。棱镜群1020以外的结构与上述实施例1相同，所以，省略图示和重复的说明。在本实施例中，从与光轴AX大致垂直的形成有棱镜群1020的基板的一方的面即基准面1001到平坦部1020b的距离d1、d3、d5和从基准面1001到折射面1020a上的指定位置的距离d2、d4、d6分别非周期性地形成。这里，折射面1020a上的指定位置，是指折射面1020a离基准面1001最近的位置。
作为由棱镜群1020发生衍射光的结构之一，可以列举有棱镜元件的周期性的结构。在本实施例中，利用上述非周期性的结构，可以降低棱镜元件的周期性结构引起的衍射光的发生。结果，观察者就不会识别出黑底等的遮光部的像，从而可以观察到高品质的平滑的画质。
(实施例3)图11(a)表示本发明实施例3的空间光调制装置的液晶面板1100R的立体结构。基本的结构与上述实施例1相同，所以，对相同的部分标以相同的符号，并省略重复的说明。另外，在R光用、G光用、B光用的3个液晶面板中，以R光用的液晶面板1100R为代表例进行以后的说明。
在本实施例中，棱镜群1110的棱镜元件1111沿大致直线La1、La2、La3、La4、La5的形状排列。并且，大致直线La1、La2、La3、La4、La5的数量是每单位面积aφ为5条。只要大致直线La1、La2、La3、La4、La5的数量是每单位面积小于等于15条就可以。单位面积aφ的说明后面进行。
图11(b)是单位面积aφ附近的正面图。与大致直线La1、La2、La3、La4、La5大致正交地形成大致直线Lb1、Lb2、Lb3、Lb4、Lb5、Lb6的6条直线。对于直线Lb1、Lb2、Lb3、Lb4、Lb5、Lb6，也是只要每单位面积小于等于15条就可以。这样，棱镜群1110的棱镜元件1111就形成为大致正交的格子状。
图12表示用于说明单位面积aφ的从超高压水银灯101到屏幕116的光路。在图12中，为了说明简便，作为光学系统，仅表示出了构成照明系统ILL的超高压水银灯101和积分器104以及构成投射系统PL的投影透镜114，省略了其他色分解光学系统等的图示。另外，为了方便，投影透镜114表示为双凸形状的单透镜。因此，在图12中，投影透镜114与投影系统PL一致。
来自光源101的照明光入射到积分器104上。积分器104使来自光源101的照明光重叠后照明液晶面板1100R。来自积分器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，由各种各样的入射角度的光重叠地照明。并且，来自位置OBJ的光按照明系统ILL的F数在空间扩展地入射到棱镜群1110上。从液晶面板1100R射出的光透过棱镜群1110后，向投影透镜114入射。液晶面板1100R的调制面与屏幕116是共扼关系。因此，液晶面板1100R上的位置OBJ结像到屏幕116上的位置IMG。这时，来自液晶面板1100R上的位置OBJ的光与投影透镜114的F数相同或小的F数的光由投影透镜14投影到屏幕116上。照明系统ILL的F数与投影系统PL的F数存在以下3个关系(B)、(C)、(D)。
(B)照明系统ILL的F数＞投影系统PL的F数(C)照明系统ILL的F数＝投影系统PL的F数(D)照明系统ILL的F数＜投影系统PL的F数不论在哪个关系中，在液晶面板1100R上，都只有照明系统ILL或投影系统PL的小的一方的F数规定的角度范围的光有效地投影到屏幕116上。例如，关系(B)或(C)的情况，下式成立。
1/(2FILL)＝sinθa其中，FILL是投影系统PL的F数、θa是从位置OBJ射出的光与光轴的角度。
从液晶面板1100R以空间扩展的角度θa射出的光照射棱镜群1110上的圆形区域即单位面积aφ。这样，来自棱镜群1110上的单位面积aφ的光全部由投影透镜114投影到屏幕116上。另外，与此相反，在上述关系式(D)的情况下，由照明系统ILL的F数规定有效地投影到屏幕116上的棱镜群1110上的单位面积aφ。
因此，不论在哪个关系(B)、(C)、(D)中，来自棱镜群1110上的单位面积aφ的光都由投影透镜114有效地投影到屏幕116上。如上所述，作为由棱镜群1110发生衍射光的结构之一，可以列举有棱镜元件的排列的周期性结构。在本实施例中，棱镜群1110每单位面积aφ地沿大致直线La1～La5、Lb1～Lb6的形状排列。因此，大致直线的数量每单位面积aφ小于等于15条。这样，就可以降低棱镜元件的排列的周期性结构引起的衍射光的发生。结果，观察者就不会识别出黑底等的遮光部的像，从而可以观察到高品质的平滑的画质。
此外，每单位面积aφ的、向指定的方向折射的照射面212的面积的总和以及平坦部的面积的总和不论在哪种单位面积中都是相同的值。这样，投影的图像就降低了衍射光，并且离棱镜群1110指定距离的屏幕116上，在黑底部220的投影像的区域重叠地形成像素部的投影像。因此，在屏幕116上，观察者就不会识别出黑底部220，从而可以观察到平滑的降低了粗糙感的图像。
另外，在本实施例中，优选地大致直线的数量每单位面积aφ为10～12条。进而，最好大致直线的数量是每单位面积aφ为7～9条。这样，就可以更可靠地降低棱镜元件的排列的周期性结构引起的衍射光的发生。
下面，使用图13说明棱镜群1320的深度(距离)d的变化。图13(a)是用玻璃构成棱镜群1320时的概略剖面图。这时，深度d1＝约30nm、与基准面1001的角度θ1＝约0.06°。另外，图13(b)是用丙烯酸系或“ゼオネツクズ”(商品名)构成棱镜群1320时的概略剖面图。在棱镜群1320上，进而形成光学透明的树脂基板1330和玻璃基板1340。这时，深度d2＝约1μm、角度θ2＝约0.97°。这样，与图13(a)的结构相比，深度、角度都增大了，所以，制造容易。
(实施例4)图14表示本发明实施例4的空间光调制装置的棱镜群1410的剖面结构。棱镜群1410以外的结构与上述实施例1相同，所以，省略图示和重复的说明。棱镜群1410通过将3个棱镜元件1411a、1411b、1411c交替地排列并用光学粘接剂粘接固定而构成。如图14(b)、(d)所示，棱镜元件1411a、1411c是折射面1412a、1412c的倾斜的方向相互相反形成的带状的棱镜元件。另外，棱镜元件1411b是形成平坦部1412b的平行平板。并且，以棱镜元件1411a、1411b、1411c为一组，排列多个组而构成棱镜群1410。此外，在大致正交的两方向上重叠地设置棱镜群1410。这样，就具有与包含平坦部1411b和向大致正交的方向折射的折射面1411a、1411c的棱镜群相同的功能。
在本实施例中，只要制造了大致平板状的棱镜元件1411a、1411b、1411c就行。因此，可以非常简便地制造棱镜群1410。另外，通过每单位面积aφ将棱镜元件1411a、1411b、1411c排列15条或以下，就可以降低衍射光。
(实施例5)图15(a)表示本发明实施例5的空间光调制装置的棱镜群1510的正面结构。棱镜群1510以外的结构与上述实施例1相同，所以，省略图示和重复的说明。棱镜元件1511a、1511b、1511c以位置、深度分别非周期(随机)地在单位面积aφ内排列。另外，每单位面积aφ的、向指定的方向折射的折射面212的面积的总和以及平坦部213的面积的总和不论在哪个单位面积aφ中都是相同的值。
图15(b)表示本实施例的棱镜群1510的制造方法。用图中未示出的压电传动机构(ピエゾアクチユエ一タ)等将端部呈四角锥形的模具1530向丙烯酸系制的基板1520上挤压。利用将模具1530向基板1520上挤压的力可以控制形成的棱镜元件的深度。另外，利用将模具1530向基板1520上挤压的方向可以控制折射面212的取向。利用本制造方法，可以容易地控制棱镜元件的位置、深度和取向。利用本制造方法制造的棱镜群1510，投影的图像可以降低衍射光，并且在离棱镜群1510指定距离的屏幕116上，在黑底部220的投影像的区域重叠地形成像素部的投影像。因此，在屏幕116上，观察者不会识别出黑底部220，从而可以观察到平滑的降低了粗糙感的图像。
本发明不限于上述实施例1～5所述的结构。棱镜群不发生衍射光的结构或即使发生衍射光观察者也识别不出的结构可以是将实施例1～5的结构任意组合的结构。
权利要求
1.一种空间光调制装置，具有根据图像信号调制入射光而射出的调制部、设置在上述调制部的射出侧的使来自上述调制部的光折射的折射部和使来自上述调制部的光透过的平坦部，其特征在于上述调制部具有排列成矩阵状的多个像素部和设置在上述多个像素部之间的遮光部；上述折射部具有由至少具有折射面的棱镜元件构成的棱镜群；来自上述多个像素部中一个上述像素部的光入射到上述多个棱镜群中的至少一部分上述棱镜群上；上述折射面具有在离上述折射部指定距离的投影面上将上述像素部的投影像向上述遮光部的投影像上导引的上述折射面的取向，以及上述折射面与和光轴大致垂直的作为形成有上述棱镜群的基板的一方的面的基准面构成的角度；从上述基准面到上述平坦部的距离和从上述基准面到上述折射面上的指定位置的距离分别以非周期性的方式形成。
2.按权利要求1所述的空间光调制装置，其特征在于上述棱镜群沿大致直线的形状排列；上述大致直线的数量，每被从上述调制部以空间扩展的角度θa射出的光所照射的上述棱镜群上的圆形区域即单位面积aφ小于等于15条。
3.按权利要求2所述的空间光调制装置，其特征在于上述单位面积aφ由向上述调制部供给入射光的照明光学系统的数值孔径和来自上述调制部的调制过的射出光入射的投影光学系统的数值孔径决定。
4.一种投影机，其特征在于，具有供给光的光源；权利要求1～3中任意一项所述的空间光调制装置；以及用于投影来自上述空间光调制装置的光的投影光学系统。
全文摘要
本发明提供观察者识别不出黑底等的遮光部的像从而可以得到高品质的平滑的画质的空间光调制装置和投影机。空间光调制装置(110R)具有棱镜群(210)。并且，特征在于，分别设从基准面901到平坦部920b的距离为d、入射光的波长为λ、棱镜元件的折射率为n时，满足以下的任一条件式，d＜0.95×λ/(2×(n－1))、d＞1.05×λ/(2×(n－1))。
文档编号H04N5/74GK1955787SQ20061013717
公开日2007年5月2日 申请日期2004年7月16日 优先权日2003年7月16日
发明者上岛俊司 申请人:精工爱普生株式会社